Tag Archives: crna rupa

Kako uslikati Crnu rupu, transkript govora Katie Bouman za TED iz 2017. godine

00:13

U filmu „Interstelar“ možemo izbliza videti supermasivnu crnu rupu. Smeštena iza svetlog gasa, ogromna gravitacija ove crne rupe savija svetlost u prsten. Međutim, ovo nije prava fotografija, već kompjuterski grafički prikaz, umetnička interpretacija mogućeg izgleda crne rupe.

00:32

Pre sto godina, Аlbert Аjnštajn je prvi put objavio opštu teoriju relativnosti. U godinama koje su usledile, naučnici su obezbedili mnogo dokaza u prilog te teorije. Ipak, jedna stvar koju ova teorija predviđa, crne rupe, još uvek nisu direktno uočene. Iako imamo neku predstavu o tome kako bi crna rupa mogla izgledati, nikada zapravo nismo i uslikali neku. Ipak, možda će vas iznenaditi saznanje da se ovo uskoro može promeniti. Možda ćemo videti prvu sliku crne rupe u narednih par godina. Dobijanje te prve slike će zavisiti od internacionalnog tima naučnika, teleskopa veličine Zemlje i algoritma koji spaja delove u konačnu sliku. Iako neću moći da vam pokažem pravu sliku crne rupe danas, želim da vam dam kratak uvid u napore koje uključuje dobijanje te prve slike.

01:19

Moje ime je Кejti Bauman i doktorant sam na MIT-u. Vršim istraživanja u kompjuterskoj naučnoj laboratoriji koja radi na osposobljavanju kompjutera da vide kroz slike i snimke. Iako nisam astronom, danas želim da vam pokažem kako sam uspela da doprinesem ovom uzbudljivom projektu.

01:35

Аko prođete jarka gradska svetla večeras, možda ćete imati sreće da ugledate neverovatan prizor galaksije Mlečni put. Аko biste mogli da projurite pored miliona zvezda, 26 000 svetlosnih godina prema centru spiralnog Mlečnog puta, na kraju bismo stigli do grupe zvezda tačno u centru. Zavirujući kroz galaktičku prašinu pomoću infracrvenih teleskopa, astronomi posmatraju ove zvezde više od 16 godina. Međutim, ono što ne vide je najspektakularnije. Deluje kao da ove zvezde kruže oko nevidljivog predmeta. Prateći kretanje ovih zvezda, astronomi su zaključili da je jedina dovoljno mala i teška stvar da prouzrokuje ovo kretanje supermasivna crna rupa, stvar koja je toliko gusta da guta sve što joj priđe dovoljno blizu, pa čak i svetlost.


02:20

Аli, šta se dešava ako uvećamo sliku još više? Da li je moguće videti nešto što je, po definiciji, nemoguće videti? Pa, ispostavilo se da, ako bismo je uvećali preko radio-talasa, očekivali bismo da vidimo svetlosni prsten koji je nastao zbog gravitacionog iskrivljenja vrele plazme koja se brzo kreće oko crne rupe. Drugim rečima, crna rupa baca senku na ovu pozadinu svetlog materijala, iscrtavajući mračnu sferu. Оvaj svetlosni prsten otkriva horizont događaja crne rupe, na kom gravitacija postaje toliko jaka da joj ne može pobeći čak ni svetlost. Аjnštajnova teorija predviđa veličinu i oblik ovog prstena, pa uslikavanje ovoga ne bi bilo samo interesantno, već bi pomoglo i da se potvrdi da su ove jednačine održive u ekstremnim uslovima oko crne rupe.

03:02

Međutim, ova crna rupa je toliko daleko od nas da sa Zemlje ovaj prsten deluje kao neverovatno mali, iste veličine za nas kao pomorandža na površini Meseca. Zbog toga je njeno uslikavanje izuzetno teško. Zašto se to dešava? Pa, sve se svodi na jednostavnu jednačinu. Zbog pojave pod imenom prelamanje, postoje osnovna ograničenja za najmanje predmete koje možemo videti. Оva glavna jednačina kaže da, da bismo videli sve manje stvari, treba da pravimo sve veće teleskope. Međutim, čak i sa najmoćnijim optičkim teleskopom ovde, na Zemlji, ne možemo čak ni da se približimo rezoluciji koja je potrebna da se uslika površina na Mesecu. Zapravo, ovde pokazujem sliku sa najvećom rezolucijom svih vremena na kojoj je uslikan Mesec sa Zemlje. Sadrži otprilike 13 000 piksela, a ipak bi svaki piksel sadržao preko 1,5 miliona pomorandži.

03:55

Pa, koliki je to teleskop koji nam je potreban da vidimo pomorandžu na površini Meseca i, po analogiji, našu crnu rupu? Pa, ispostavilo se uz mnogo proračuna da lako možete da izračunate da bi nam bio potreban teleskop veličine čitave Zemlje.

04:08

(Smeh)

04:09

Аko bismo izgradili ovaj teleskop veličine Zemlje, tek bismo počeli da razaznajemo prepoznatljivi svetlosni prsten koji ukazuje na postojanje horizonta događaja crne rupe. Iako ova slika ne bi sadržala sve detalje koje vidimo u kompjuterskim grafičkim prikazima, omogućila bi nam da bezbedno bacimo prvi pogled na neposredno okruženje oko crne rupe.

04:26

Međutim, kao što možete da zamislite, izgradnja jednosložnog teleskopa veličine Zemlje je nemoguća. Međutim, izraženo proslavljenim rečima Mika DŽegera: „Ne možeš uvek dobiti ono što želiš, ali ako ponekad pokušaš, možda otkriješ da dobijaš šta ti treba.“ А povezivanjem teleskopa širom sveta, internacionalna saradnja pod imenom „Teleskop Horizont događaja“ stvara kompjuterski teleskop veličine Zemlje koji će moći da razreši strukturu na nivou horizonta događaja crne rupe. Planira se da ova mreža teleskopa napravi svoju prvu sliku crne rupe sledeće godine. Svi teleskopi u svetskoj mreži rade udruženo. Povezani kroz precizno merenje vremena uz pomoć atomskih časovnika, timovi istraživača na svakoj od lokacija zamrzavaju svetlost prikupljajući hiljada terabajtova podataka. Оvi podaci se obrađuju u laboratoriji upravo ovde, u Masačusetsu.



05:13

Pa, kako ovo uopšte funkcioniše? Sećate se da, ako želimo da vidimo crnu rupu u centru naše galaksije, treba da izgradimo nemoguće veliki teleskop veličine Zemlje? Pretvarajmo se na trenutak da bismo mogli da izgradimo teleskop veličine Zemlje. Оvo bi bilo pomalo kao da pretvaramo Zemlju u džinovsku disko kuglu koja se vrti. Svako pojedinačno ogledalce prikupljalo bi svetlost koju onda možemo da ukombinujemo u celinu da stvorimo sliku. Međutim, hajde da sada sklonimo većinu ovih ogledala, tako da samo par ostanu. I dalje možemo da pokušamo da ukombinujemo ove informacije u celinu, ali sada ima puno rupa. Оva preostala ogledalca predstavljaju mesta na kojima imamo teleskope. Оvo je neverovatno mali broj merenja da bismo od njih napravili sliku. Međutim, iako prikupljamo svetlost samo na nekoliko lokacija teleskopa, sa okretanjem Zemlje vidimo i druga, nova merenja. Drugim rečima, sa okretanjem disko kugle, ova ogledalca menjaju lokacije i možemo da vidimo različite delove slike. Аlgoritmi za stvaranje slike koje razvijamo popunjavaju praznine disko kugle da bismo rekonstruisali sliku crne rupe koja se nalazi u pozadini. Da imamo teleskope koji se nalaze svuda po svetu – drugim rečima, svuda po disko kugli – ovo bi bilo trivijalno. Međutim, vidimo samo nekoliko uzoraka i zbog toga postoji beskrajno mnogo mogućih slika koje u potpunosti odgovaraju merenjima našeg teleskopa. Međutim, nisu sve slike napravljene na isti način. Neke od ovih slika liče više od drugih na ono što podrazumevamo pod slikama. Tako, moja uloga u pomaganju da se napravi prva slika crne rupe je stvaranje algoritma da bi se pronašao najprikladniji prikaz koji se uklapa i u teleskopska merenja.

06:46

Кao što umetnik forenzičkih skica koristi ograničene opise da sastavi sliku koristeći svoje znanje o strukturi lica, algoritmi za dobijanje slike na kojima radim koriste ograničene podatke teleskopa da bi nas doveli do slike koja izgleda kao stvari u našem univerzumu. Кoristeći ove algoritme, možemo da sastavimo slike iz ovih oskudnih, nejasnih podataka. Оvde vam pokazujem primer rekonstrukcije urađene pomoću simuliranih podataka, kada zamišljamo da smo uperili teleskope prema crnoj rupi u centru naše galaksije. Iako je ovo samo simulacija, ovakva rekonstrukcija nam uliva nadu da ćemo uskoro moći sa sigurnošću da napravimo prvu sliku crne rupe i da iz toga zaključimo veličinu njenog prstena. Iako bih volela da nastavim sa pričom o detaljima ovog algoritma, srećom po vas, nemamo vremena.

07:33

Ipak, želim da ukratko steknete predstavu o tome kako definišemo izgled našeg univerzuma i kako ovo koristimo da rekonstruišemo i potvrdimo naše rezultate. Pošto postoji bezgranično mnogo mogućih slika koje savršeno objašnjavaju merenja našeg teleskopa, moramo nekako da izaberemo neke među njima. To činimo kroz rangiranje slika na osnovu toga kolika je mogućnost da su slike crne rupe, a zatim biramo onu za koju je mogućnost najveća.

07:57

Šta pod ovim tačno podrazumevam? Recimo, pokušavamo da napravimo model koji će nam reći koliko je verovatno da se neka slika pojavi na Fejsbuku. Verovatno bismo želeli da taj model kaže da je prilično neverovatno da neko postavi sliku šumova sa leve strane i da je veoma verovatno da neko postavi selfi kao ovaj na desnoj strani. Оva slika u sredini je mutna, pa, iako je je verovatnije da ćemo je videti na Fejsbuku od slike šumova, verovatno je manja šansa da ćemo je videti pre nego selfi.

08:22

Međutim, kada se radi o slikama iz crne rupe, pred sobom imamo pravu zagonetku; nikada ranije nismo videli crnu rupu. U tom slučaju, koja je slika crne rupe verovatna i šta da pretpostavimo o strukturi crne rupe? Mogli bismo da pokušamo da koristimo slike simulacija koje smo uradili, kao što je slika crne rupe iz „Međuzvezdanih“, ali, ako bismo to učinili, to bi moglo da stvori ozbiljne probleme. Šta bi se desilo ako se Аjnštajnove teorije ne bi održale? I dalje bismo želeli da rekonstruišemo tačnu sliku onoga što se dešava. Аko previše uključimo Аjnštajnove jednačine u naše algoritme, završićemo tako što ćemo videti sliku koju očekujemo da vidimo. Drugim rečima, želimo da ostavimo otvorenu opciju za to da postoji džinovski slon u centru naše galaksije.

09:00

(Smeh)

09:01



Različite vrste slika imaju veoma specifične osobine. Lako možemo da vidimo razliku između simulacija slika crne rupe i onih koje pravimo svakodnevno ovde, na Zemlji. Treba nam način da kažemo algoritmima kako izgledaju slike bez prevelikog nametanja jedne vrste osobina slike. Jedan način da ovo rešimo je da nametnemo osobine različitih vrsta slika i da vidimo kako vrsta slike koju koristimo kao pretpostavku utiče na naše rekonstrukcije. Аko svi tipovi slika stvaraju sliku koja vrlo slično izgleda, onda možemo da postanemo sigurniji da naše pretpostavke o slikama ne utiču toliko na sliku.

09:37

Оvo je pomalo nalik davanju istog opisa trima različitim umetnicima koji prave skice svuda po svetu. Аko svi naprave vrlo slična lica, onda možemo da postanemo sigurni da ne nameću svoje kulturološke pristrasnosti na svoje slike. Jedan način na koji možemo pokušati da nametnemo različite osobine slika je korišćenje delića postojećih slika. Tako, uzmemo ogromne kolekcije slika i razdvojimo ih na deliće slika. Оnda možemo da tretiramo svaki delić pomalo kao da je delić slagalice. Кoristimo deliće slagalice koji se često javljaju da bismo sklopili sliku koja se uklapa i u naša teleskopska merenja.

Ovo je prva fotografija crne rupe ikad napravljena

U aprilu 2017, naučnici su koristili globalnu mrežu teleskopa da vide i uhvate prvu sliku crne rupe, navodi se u saopštenju istraživača u Nacionalnoj naučnoj fondaciji u srijedu ujutro. Oni su uhvatili sliku supermasivne crne rupe i njene sjene u centru galaksije poznate kao M87.

Ovo su prvi direktni vizuelni dokazi da crne rupe postoje, kažu istraživači. Na slici, centralna tamna oblast je zatvorena prstenom svetla koje na jednoj strani izgleda svjetlije.



Masivna galaksija, nazvana Messier 87 ili M87, nalazi se blizu grozda galaksije Devica 55 miliona svjetlosnih godina od Zemlje. Supermasivna crna rupa ima masu koja je 6,5 milijardi puta veća od našeg Sunce. Za referencu, to je veće od orbite Neptuna, koja traje 200 godina da bi napravila jednu orbitu oko Sunca.

“Vidjeli smo ono što smo smatrali nevidljivim”, rekao je Sheperd Doeleman, direktor Event Horizon Telescope Collaboration. “Vidjeli smo i snimili crnu rupu.”

Slika crne rupe koju je snimila Event Horizon Telescope Collaboration.

Saradnja Event Horizon Telescope, nazvana EHT, je globalna mreža teleskopa koja je snimila prvu fotografiju crne rupe. U projekat je bilo uključeno više od 200 istraživača. Oni su radili više od jedne decenije da bi to uhvatili. Projekat je nazvan po horizontu događaja, predloženoj granici oko crne rupe koja predstavlja tačku bez povratka gdje svjetlost ili zračenje ne mogu da pobjegnu.

U pokušaju da uhvate sliku crne rupe, naučnici su kombinovali moć osam radio-teleskopa širom svijeta koristeći veoma dugu baznu interferometriju, prema Evropskoj južnoj opservatoriji, koja je dio EHT-a. Ovo efektivno stvara virtualni teleskop približno iste veličine kao i sama Zemlja.



Teleskopi uključeni u kreiranje globalnog niza uključivali su ALMA, APEX, 30-metarski teleskop IRAM, Teleskop James Clerk Maxwell, Veliki milimetarski teleskop Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter teleskop i teleskop Južni pol.

“Zapažanja su bila koordinirani ples u kojem smo istovremeno usmjerili naše teleskope u pažljivo planiranom nizu”, rekao je Daniel Marrone, izvanredni profesor astronomije na Univerzitetu u Arizoni. “Da bismo bili sigurni da su ova zapažanja bila istovremena, tako da smo mogli da vidimo istu talasnu liniju svetlosti kako se spustila na svaki teleskop, koristili smo izuzetno precizne atomske satove na svakom teleskopu.”

Teleskopski niz je sakupio 5.000 triliona bajtova podataka tokom dvije sedmice, što je obrađeno preko superračunara, tako da su naučnici mogli pronaći slike.

Detalji posmatranja objavljeni su u seriji od šest istraživačkih radova objavljenih u časopisu The Astrophysical Journal Letters.

Šta su crne rupe?
Crne rupe se sastoje od ogromnih količina materije stisnute u malu oblast, prema NASA-i, stvarajući masivno gravitaciono polje koje privlači sve oko sebe, uključujući i svjetlo. One takođe imaju super-zagrijani materijal oko njih i savijanje prostor-vremena. Materijal se nakuplja oko crnih rupa, zagrijava se na milijarde stepeni i dostigne skoro brzinu svetlosti. Svjetlost se savija oko gravitacije crne rupe, što stvara fotonski prsten koji se vidi na slici.

Metode snimanja koje se koriste za snimanje fotografije otkrivaju da supermasivna crna rupa ima prstenastu strukturu i sjenku, koja je predstavljena tamnom centralnom regijom.



“Ako budemo uronjeni u svjetlu regiju, kao disk sjajnog gasa, očekujemo crnu rupu da stvori tamnu oblast sličnu sjenci – nešto što je predviđeno Einsteinovom opštom relativnošću koju do sada nismo vidjeli”, rekao je Heino Falcke, predsjedavajući EHT Science Council. “Ova sjenka, izazvana gravitacionim savijanjem i hvatanjem svjetlosti horizontom događaja, otkriva mnogo o prirodi ovih fascinantnih objekata i omogućila nam je da izmjerimo ogromnu masu crne rupe M87.”

Vizuelna potvrda crnih rupa potvrđuje Albert Einsteinovu teoriju opšte relativnosti. U teoriji, Ajnštajn je predvidio da će guste, kompaktne oblasti prostora imati tako intenzivnu gravitaciju da im ništa ne može pobeći. Ali ako zagrijani materijali u obliku plazme okružuju crnu rupu i emituju svjetlost, horizont događaja može biti vidljiv.

“Kada smo bili sigurni da smo snimili sjenku, mogli bismo da uporedimo naša opažanja sa ekstenzivnim kompjuterskim modelima koji uključuju fiziku iskrivljenog prostora, pregrejanu materiju i jako magnetno polje. Mnoge od osobina posmatrane slike se iznenađujuće dobro slažu sa našim teoretskim razumjevanjem. rekao je Paul TP Ho, član EHT-a i direktor Istočnoazijske opservatorije. “To nas čini sigurnim u tumačenje naših zapažanja, uključujući i našu procjenu mase crne rupe.”

Crna rupa M87 ima ogromnu masu, što je istraživačima dalo razlog da vjeruju da je to najveća vidljiva crna rupa sa Zemlje. U odnosu na druge objekte, supermasivne crne rupe su zapravo male. Zbog toga ih se ranije nije moglo posmatrati. Veličina crne rupe je direktno povezana sa masom. Što je veća crna rupa, to je veća sjena. I crne rupe se mogu činiti nevidljivima, ali način na koji one komuniciraju sa materijalom oko njih je poklon, kažu istraživači.

“Crna rupa je decenijama izazivala maštu”, kaže direktor Nacionalne naučne fondacije Francuska Kordova. “Oni imaju egzotične osobine i nama su misteriozne. Ipak, sa više opservacija kao što je ovaj, oni daju svoje tajne. Zato NSF postoji. Omogućavamo naučnicima i inžinjerima da osvjetle nepoznato, da otkriju suptilno i složeno veličanstvo našeg univerzuma .”

Izvor: https://www.cnn.com/2019/04/10/world/black-hole-photo-scn/index.html

Filozof pokušava da otkrije šta su crne rupe

Konvergirajuće teorije
Crne rupe ostaju misteriozne. To je bila ogromna vijest, još u oktobru, kada su astronomi potvrdili da postoji supermasivna crna rupa u centru naše galaksije.

Međutim, ispostavlja se da se naučnici vrlo rijetko slažu oko crnih rupa na filozofskom nivou – često se čak ne mogu ni složiti šta su.

Riječi su bitne
To je zaključak istraživanja Erika Curiela, filozofa i fizičara s Harvarda i Münchenskog centra za matematičku filozofiju na njemačkom Ludwig-Maximilians-Universität München, prema novom istraživanju koje je objavio prošlog mjeseca u časopisu Nature Astronomy.

“Svojstva crnih rupa predmet su istraživanja u nizu poddisciplina fizike – u optičkoj fizici, kvantnoj fizici i naravno u astrofizici”, kaže Curiel u priopćenju. “Ali svaka od tih specijalnosti pristupa problemu s vlastitim specifičnim skupom teorijskih koncepata.”



Rješavanje sukoba
Mnoge definicije crne rupe koje je Curiel prikupila od različitih fizičara sukobljavale su se jedna s drugom. Astrofizičar mu je rekao da je “crna rupa konačni zatvor: jednom kad se prijaviš, nikad se ne možeš izvući.” S druge strane, teoretski fizičar je rekao da je “konceptualno problematično misliti na crne rupe kao na objekte u prostoru, stvari koje se mogu pomicati i gurati. ”

Curiel je krenula na ovo putovanje kako bi istaknula problem postojanja višestrukih, nepodudarnih definicija za jedan pojam, ali je naposljetku došla do tog neslaganja, tvrdeći da su naučnici koji definiraju crne rupe u skladu s njihovim specifičnim poljima omogućili bolji rad.

“Zaključujem da je, u razumnim granicama, bogatstvo različitih definicija zapravo vrlina, što čini istraživanje crnih rupa mogućim i plodonosnim u svim različitim vrstama problema o kojima fizičari razmišljaju”, napisala je Curiel u svom istraživačkom radu. , “Iako se mora paziti na pokušaj prevođenja rezultata između polja.”

Izvor: Futurism

Supermasivna crna rupa je na putu ka Zemlji brzinom 110 km/s

Postoji masivna crna rupa sa milion puta većom masom od našeg Sunce koja se kreće ka Zemlji i jednog dana će uništiti život onako kako ga mi znamo. Ova posebna crna rupa dolazi prema nama brzinom 110 kilometara u sekundi i nalazi se u središtu Velike galaksije Andromeda – najbližeg i mnogo većeg susjeda Mliječnog puta.

U središtu najpoznatijih galaksija, postoji supermasivna crna rupa u kojoj se zvijezde okreću i pomaže da sve ostane u formaciji.

Ali takva je snažna gravitaciona privlačnost Mliječnog puta i Andromede da se privlače jedna prema drugoj i da će jednog dana se sudariti.Fraser Cain, izdavač svemirske web stranice Universe Today, napisao je za Phys.org:

U središtu Mlečnog puta nalazi se crna rupa. I to ne samo bilo koja crna rupa, to je supermasivna crna rupa više od 4,1 miliona puta veća od mase Sunca. Tamo je, u pravcu sazvježđa Strijelca. Nalazi se na udaljenosti od samo 26.000 svjetlosnih godina. I dok govorimo, to je u procesu kidanja cijelih zvijezda i zvjezdanih sustava, povremeno ih konzumirajući, dodajući svojoj masi kao proždrljiva ajkula. ”

Međutim, zbog veličine Andromede, biće samo jedan pobjednik kada se razbije u Mlečni put. Ali, dok je Andromeda udaljena 2,5 miliona svjetlosnih godina, biće potrebno četiri milijarde godina da dođe do nas, tako da smo za sada sigurni.

Gospodin Cain je rekao: „Panika će se dogoditi kada se Mliječni put sudari sa Andromedom za oko 4 milijarde godina.

Koje dokaze imamo za postojanje Crnih rupa?

Koristeći Newtonove zakone krajem sedamdesetih godina, John Michell iz Engleske i Pierre-Simon Laplace iz Francuske samostalno su predložili postojanje “nevidljive zvijezde”. Michell i Laplace izračunali su masu i veličinu – koja se sada naziva “horizont događaja” – da objekt treba kako bi imao brzinu bijega veću od brzine svjetlosti. Godine 1915. Einsteinova teorija opće relativnosti predvidjela je postojanje crnih rupa. Godine 1967. John Wheeler, američki teorijski fizičar, primijenio je pojam “crna rupa” na te urušene predmete.



Astronomi su pronašli uvjerljive dokaze za supermasivnu crnu rupu u središtu naše galaksije Mliječnog puta, galaksije NGC 4258, divovske eliptične galaksije M87 i nekoliko drugih. Naučnici su provjerili postojanje crnih rupa proučavajući brzinu oblaka plina koji kruže oko tih područja. Godine 1994. podaci Hubble svemirskog teleskopa izmjerili su masu nevidljivog objekta u središtu M87. Na temelju gibanja materijala koji se vrti oko središta, objekt se procjenjuje na oko 3 milijarde puta mase našeg Sunca i čini se da je koncentriran u prostor koji je manji od našeg Sunčevog sustava.

Dugi niz godina emisije rendgenskog zračenja iz sustava dvostruke zvijezde Cygnus X-1 uvjerile su mnoge astronome da sustav sadrži crnu rupu. S preciznijim mjerenjima dostupnim od nedavno, dokazi za crnu rupu u Cygnus X-1 – i oko desetak drugih sustava – vrlo su jaki.



Kada se materija sruši u Crnu rupu, kamo ide ili što se s njom dogodi?

Odmah u vrijeme Isaaca Newtona (1687.) utvrđeno je da je sila gravitacije posljedica prisutnosti materije, posebice njene mase. Zapravo, postojanje crnih rupa postulirano je nedugo nakon Newtonove publikacije “Filozofije Naturalis Principia Mathematica” (Matematička načela prirodne filozofije).

Tek kada je 1915. godine Albert Einstein objavio svoju teoriju o Općoj relativnosti teorija crnih rupa stvarno je zaživjela. Prvo stvarno istraživanje o fenomenu poduzelo je Karl Schwarzchild 1916. godine, koji je izveo jednadžbu za Schwarzchild radius crne rupe (Rs = GM / c ^ 2, gdje je Rs radijus Schwarzchilda, G je Newtonova gravitacijska konstanta, M je masa crne rupe i c brzina svjetlosti).




Kako bi se stvorila Crnu rupu, materija se urušava pod vlastitim gravitacijskim poljem, poput smrti velike zvijezde. Ako je predmet dovoljno velik, tada će njegova gravitacijska privlačnost biti toliko velika da će nadvladati sve druge sile koje se pokušavaju oduprijeti kolapsu, a stvar će se nastaviti smanjivati sve dok ne postane ništa više od tačke, poznate kao singularnost , Ova će točka imati i beskonačnu gustoću i bit će beskonačno mala. Utjecaj na prostorvrijeme bit će takav da je iskrivljen do točke u kojoj svjetlost više ne može pobjeći od crne rupe, pa je crna. U singularnosti se raspadaju poznati zakoni fizike, zbog čega se toliko vremena i truda provodi proučavajući ove čudne značajke našeg Svemira.

Radijus Schwarzchild opisuje svojstvo crnih rupa poznato kao horizont događaja. Ovo je tačka između prostora gdje svjetlost može pobjeći od gravitacijskog polja crne rupe i prostora gdje to ne može. Iako je singularnost unutar crne rupe beskrajno mala, crna rupa izgleda kao veličina njegovog horizonta događaja.

Kad materija pada u horizont događaja, ona postaje izolirana od ostatka prostora i vremena i učinkovito je nestala iz Univerzuma u kojem se nalazimo. Jednom unutar crne rupe stvar će biti rastrgana u najmanje subatomske sastavne dijelove koji će biti rastegnuti i stisnuti sve dok ne postanu dio singularnosti i povećavaju radijus crne rupe u skladu s tim.



Zanimljivo je da je Stephen Hawking pokazao da materija unutar crne rupe nije posve izolirana od ostatka svemira i da će, s obzirom na dovoljnu duljinu vremena, crne rupe postupno da se izrače i raspadnu.



Da je Sunce postalo crna rupa, da li bi progutalo Zemlju?

Crne rupe su među najčudnijim objektima u Svemiru. To su oblasti u prostoru gde je gravitacija toliko snažna da čak i svjetlost ne može pobjeći. Naučnici ih nazivaju rupama, ali su sve prazne! One sadrže materiju koja je toliko komprimirana da njihova gravitaciona sila zarobljava i svjetlost i neda joj da dođe do naših očiju i teleskopa. Zato ih ne vidimo direktno. Ali, uvjereni smo da postoje zbog čudnog ponašanja stvari koje možemo vidjeti blizu njih. Na primjer, gasovi se okreću oko ovih područja skoro u brzini svjetlosti, što daje mnogo energije visokog zračenja.

Crne rupe dolaze u znatno različitim veličinama. Neke sadrže mnogo supstance, neke sadrže mnogo manje.



Neke crne rupe nastaju nakon što velika zvijezda istroši sve svoje gorivo i izgubi spoljne dijelove u gigantskoj eksploziji (nazvanoj supernova). Zatim, ono što je ostalo srušeno pod težinom sopstvene gravitacije postaje super-gusti objekt koji se zove crna rupa. Naše Sunce je zapravo premalo da bi završilo kao crna rupa. Jednostavno ne sadrži dovoljno materije da vrši takvu vrstu gravitacijske sile na sebe. Zvijezda mora biti više od 10 puta mase našeg Sunca da postane crna rupa.

Samo zapamtite da je crna rupa svaka količina materije stisnuta u veoma, vrlo gustu ambalažu. Zamislite cijelu planetu Zemlju stisnutu u veličinu marmora. Zemlja bi onda bila crna rupa! Ali, gravitaciono povlačenje crne rupe ili bilo šta drugo u vezi s tim zavisi samo od mase i udaljenosti, a ne koliko je objekat veliki ili mali. Čak i ja bih mogao biti crna rupa ako sam kompresovan, da budem više od milijardu milijardi puta manji od zrna soli. Ali, mogli bi ste i dalje stojatu jako blizu mene kao što to možete pri normalnom razgovoru i vi ne bi pali u “Dr. Marc” crnu rupu, jer bih djelovao jačom gravitacijskom sila nego sada.

Ako je Sunce bilo nekako komprimovano dovoljno da postane crna rupa, ono bi bilo manje od 6 kilometara. Na Zemlju i druge planete u Sunčevom sistemu ne bi vršilo gravitacionu silu višu nego sada. Zašto? Zato što ne bi imalo više materije nego sada i ne bi bilo bliže planetama nego sada.



U posljednjih nekoliko godina, naučnici su otkrili da mnoge galaksije imaju supermasivne crne rupe u svojim centrima. Ova ogromna čudovišta mogu sadržati masu od 100 miliona ili više Sunaca! Naučnici još uvijek pokušavaju da shvate koliko su česte i kako su se one formirale.

U drugom ekstremu, u prvih nekoliko sekundi svemira mogle su se formirati sitne crne rupe.

Crne rupe su fascinantni objekti i astronomi imaju mnogo više pitanja o njima. Jedan način koji će naučnicima pomoći da saznaju će biti proučavanje gravitacionih talasa koje neke od njih stvaraju u tkivu prostora.

Izvor: NASA

Fizičari stvaraju crnu rupu pomoću zvuka

Vještačka crna rupa koja zarobljava zvuk umjesto svjetlosti je napravljena u pokušaju da otkrije teorijsko Hawking zračenje. Zračenje koje je pretpostavio Stephen Hawking prije više od 30 godina, izaziva da crne rupe s vremenom ispare.

Astrofizičke crne rupe nastaju kada materija postane toliko gusta da se sruši do tačke nazvane singularitet. Gravitacija crne rupe je toliko velika da ništa – čak ni svetlost ne može pobjeći od granice oko iste koja se zove horizont događaja.

Ali fizičari takođe razvijaju “crne rupe” za zvuk. Oni to rade kopiranjem materijala koji se kreće brže od brzine zvuka u tom mediju, tako da mogu putovati što je brže moguće. Zvuk je efektno zarobljen u toku poput horizonta događaja.



Kvantno stanje

Fizičari materijal na koji se fokusiraju nazivaju Bose-Ajnštajnov kondenzat (BECs), kvantno stanje materije gde se više atoma ponašaju kao jedan atom.

Kondenzati su napravljeni koji se ranije supersonično kreću, tako da su fizičari vjerovatno stvorili akustične crne rupe u procesu rada sa BEC-ima, kaže Eric Cornell sa Univerziteta Kolorado u Boulderu, koji je podijelio Nobelovu nagradu 2001 za razvoj Bose-Einstein kondenzata.

Ali kaže da je nova studija Jeff Steinhauer-a iz Technion-Izraelskog instituta za tehnologiju u Haifi i kolegama prvi dokumentovani eksperiment koji je direktno usmjeren na proizvodnju Hokingovog zračenja u BEC-u.




Supersonski tok

Tim je ohladio 100.000 ili tako nagomilanih atoma rubidijuma na nekoliko milijardi stepeni iznad apsolutne nule i zarobio ih magnetnim poljem. Uz pomoć lasera, istraživači su zatim stvorili bunar električnog potencijala koji je privukao atome i izazvao ih da jure brže od brzine zvuka u materijalu.

Ovaj setup je stvorio supersonički tok koji je trajao oko 8 milisekundi, koji je blago formirao akustičnu crnu rupu koja je sposobna zarobiti zvuk.

Implikacije takvog rada mogle bi biti duboke, jer bi moglo dovesti do prve detekcije Hokingovog zračenja.

Kvantna mehanika kaže da se parovi čestica mogu spontano pojaviti u praznom prostoru. Ovi parovi, koji se sastoje od čestice i njene antičestice, treba da postoje za trenutak prije nego se anihiliraju i nestanu.

Međutim, sedamdesetih godina prošlog vijeka, Hoking je predložio da ako su parovi stvoreni blizu ivice crne rupe, jedna čestica može da padne prije nego što se uništi, ostavljajući svog partnera da se nasloni izvan horizonta događaja. Za posmatrače, ova čestica bi se pojavila kao zračenje. U akustičkim crnim rupama, Hokingova radijacija bi se nalazila u obliku čestica poput vibracione energije zvane fononi.

Veliki bonus

Pronalazak Hokingovog zračenja bi bio veliki bonus za fiziku, kaže kosmolog Šon Carroll iz kompanije Caltech.

To je zato što Hokingova teorija pravi neke fundamentalne propozicije o tome kako kvantna mehanika radi u prostoru koji je zakrivljen gravitacijom. Osnovna matematika se koristi za izračunavanje kako se Univerzum ponašao tokom perioda koji se naziva inflacija, kada se prostor brzo proširio brzo nakon velikog udara.

Međutim, detektovanje Hokingovog zračenja kroz astronomska opažanja je teško, jer isparavanje tipičnih crnih rupa zamagljeno je višegeneracijskim izvorima zračenja, uključujući kosmičku mikrotalasnu pozadinu, pozadinu velikog praska.

‘Prvi korak’

I istraživači još uvijek trebaju puno vremena prije nego što otkriju Hawking zračenje u akustičnim crnim rupama. Tim Steinhauer-a, na primjer, procjenjuje da povećanje brzine koje atomi dobijaju u njihovoj instalaciji mora biti oko 10 puta veće kako bi se stvorio detektabilno Hokingovo zračenje u obliku fonona.

“U stvari, otkrivanje zvučnih talasa koje proizvede crne rupe je stvarno teško. Ali ovo je uzbudljiv prvi korak “, kaže Bill Unruh sa Univerziteta u Britanskoj Kolumbiji u Vankuveru, Kanada, koji je prvo predložio ideju korištenja kvantnih tečnosti za stvaranje vještačkih horizonata.

Kornell se slaže, dodajući da tim treba mnogo gladak tok da napravi BEC-a kako bi izmerio suptilan znak Hokingovog zračenja. “Ono što su uradili jeste lagan dio”, rekao je New Scientistu. “Težak dio je to učiniti na tako tih način da vidite sve male fluktuacije na vrhu svih nasilnih stvari koje ste učinili u kondenzatu [da biste ga učinili supersonicom].”

Cornell i njegove kolege grade sopstvenu eksperimentalnu postavku kako bi proizveli akustične horizonte događaja.



Laserski impulsi

I drugi se nadaju da će u laboratoriji napraviti detektivno Hokingovo zračenje koristeći svetlost. 2008. godine tim je stvorio horizont događaja u optičkom vlaknu, koristeći činjenicu da se različite talasne dužine svjetlosti kreću različitim brzinama.

To su uradili slanjem relativno usporenog impulsa niz vlakno. Ovo je iskrivilo optičke osobine optičkog vlakna, tako da kada je drugi, brži puls uhvaćen sa prvim, bio je usporen i efektivno postao zarobljen iza horizontalnog fronta prvog pulsiranja.

Još uvijek je moguća astrofizička detekcija Hokingovog zračenja. Što je manja crna rupa, to je veća energija koja je njegovo Hoking zračenje. Dakle, isparavanje mikroskopskih crnih rupa koje neki istraživači sumnjaju su stvorene gotovo odmah nakon velikog udarca moglo bi se otkriti pomoću NASA-ovog Fermi Gamma-ray svemirskog teleskopa, koji je lansiran 2008. godine.

Izvor: http://www.newscientist.com/article/dn17319-physicists-create-black-hole-for-sound/

Šta se dešava u crnoj rupi?

Crne rupe nas intrigiraju i ispunjavaju strahom. Sama epitoma haosa i kolapsa rođena nasiljem završavaju svoje dane u miru.

Šta su crne rupe? Kako se formiraju? Od čega su napravljeni? Gde idu? Ovo su neka od uobičajenih pitanja ljudi koji razmišljaju ili govore o velikim progoniteljima Univerzuma.

Definicija crne rupe
Crne rupe su općenito definisane kao “mjesto u prostoru gdje gravitacija vuče toliko da čak i svjetlost ne može izaći.” Gravitacija je toliko snažna jer je materija stisnuta u mali prostor “. – NASA.

Kako svjetlost ne može da izbjegne gravitaciju rupa, čini se potpuno crnom – otuda ime. Međutim, oni se mogu “vidjeti” sa nekim posebnim “jigger-pockery” podataka prikupljenih iz širokog spektra teleskopa.



Kako su napravljene crne rupe i šta uzrokuje crnu rupu?
Oblici crnih rupa zavise od njihovog tipa i porijekla.

Trenutna teorija sugeriše da su male crne rupe (neke male kao atom, ali sa masom velike planine) vjerovatno formirane u prvim sekundama svemira.

Crne rupe zvijezda (oko 20 naših Sunca) nastaju kada se masivne zvijezde sruše na sebe. Ovaj proces zakrivljuje prostor-vrijeme.

Ovo se dešava tokom događaja supernove kada masivne zvezde eksplodiraju nevjerovatno nasilno.

Smatra se da se formiraju supermasivne crne rupe (otprilike 1 milion masa našeg Sunca), kako se formira galaksija u kojoj žive.

Horizont događaja

Horizont događaja crne rupe je njena granica. Ovo je tačka u kojoj gravitaciona sila precizno prevladava sposobnost svjetla da pobjegne od poteza crne rupe.

To je doslovna tačka bez povratka – ne možete izbjeći iz nje.

Bar je to bilo tradicionalno gledište. Profesor Stephen Hawking, tokom svog života, bio je nepokolebljiv da se definicija crne rupe mora promjeniti.

U njegovom umu, on je vjerovao da horizonti događaja, kako ih tradicionalno shvataju, zapravo i ne postoje. Oni su, zapravo, “očigledni horizonti” na ivici crnih rupa, gde kvantna mehanika poludi.

Ovdje, kao i svugde drugdje, virtualne čestice se pojavljuju i gube, što dovodi do toga da horizont oscilira što ga čini više trepavim, rastućim i smanjivim neredom.

Ovi “vidljivi horizonti” takođe predstavljaju tačku u kojoj kvantni efekti stvaraju tokove vrućih čestica koji zrače unazad u svemir – tzv. Hokingovo zračenje. Smatra se da će ovo na kraju dovesti do toga da crna rupa izrači svu svoju masu i nestane.

Šta je singularnost?

Singularnost ili gravitaciona singularnost predstavlja tačku u samom centru crne rupe. To je jednodimenzionalna tačka koja sadrži ogromne količine mase u beskrajno malom prostoru.

Ovde gravitacija i gustina postaju beskonačni, vremenski krivini beskrajno i smatra se da se zakoni poznate fizike više ne primjenjuju.

Kip Thorne, eminentni američki fizičar, opisuje ga kao “tačku gde se svi fizički zakoni gube”.




Kako izgleda crna rupa?

Kako svjetlost ne može da pobjegne kada se proširi kroz horizon crne rupe, ona se u stvari ne mogu videti u tradicionalnom smislu. Međutim, možemo dokazati njihovo postojanje od njihovih efekata na druga tiiela u prostoru (kao Sunce i gasni oblaci).

Možda će uskoro biti moguće otkriti granicu horizonta događaja oko crne rupe – umjesto Hokingovog zračenja koje izlazi iz nje.

Šta bi vam se dogodilo ako se padnete u crnu rupu?

Sve dok je to supermasivna crna rupa, ne biste osjećali ništa jer bi ste bili u slobodnom padu (ono što je Ajnštajn jednom nazvao “najsrećnijom mišlju”). Postojali biste, a onda neizbežno ne biste, vaša masa bi se dodala u uvijek gladni dio crne rupe.

Međutim, za posmatrača, to je vrlo različita priča.

Dok pristupate horizontu događaja, izgleda da ćete odmah ubrzati, proširiti i iskriviti.

Zanimljivo je da ćete se sporije kretati što ste bliže horizontu dok se ne zamrznete (kao na pauzi).

Sada za zabavnim bacanjem, dok ostajete tamo nepomični, počećete da se protežite preko površine horizonta, a kada počnete da se zagrejete, takođe ćete izgledati redredjiviji i crveniji.

Tada ćete početi polako da obrišete dok se proširite preko zakrivljenog prostora-vremena crne rupe. Čini se da će se vrijeme zaustaviti i vatra Hokingovog zračenja će vas vjerovatno ugroziti.

Konačno, smanjili biste se na pepeo prije nego što se vaši posmrtni ostaci pojavljuju u apsolutnom mraku crne rupe.

Spektakularna scena, za neke grozna, ali ona koju nikada ne biste videli.

Za manje crne rupe izvršavate proces koji se obično naziva “špagetifikacija”. Ovo je veoma različita, i nešto uznemirujuća priča.

Šta je u centru crne rupe?

U centru crne rupe je nešto što se naziva gravitacijska singularnost, ili singularnost na kratko. Ovdje gravitacija i gustina su beskonačni, a prostor-vrijeme se proteže u beskonačnost.

Ovo je konačna destinacija za sve što se suviše približava crnoj rupi i nestaje u horizontu događaja.

Samo ono što je fizika u ovom trenutku u crnoj rupi niko ne može reći sigurno.



Šta je najbliža crna rupa Zemlji?

Najbliže crne rupe koje su otkrivene na Zemlji su nekoliko hiljada svjetlosnih godina od nas. Na ovoj udaljenosti, ove crne rupe neće imati uticaj na našu planetu ili na njenu okolinu.

Do danas, najbliža crna rupa, zvana V616 Monocerotosis, udaljena je 3000 svetlosnih godina i ima masu oko 9-13 puta veću od života Sunca. Sledeći najbliži je Cygnus X-1 (oko 6000 svetlosnih godina sa masom od 15 sunca).

Sledeće je GRO J0422 + 32, što je zapravo jedan od najmanjih i još otkrivenih i otprilike 7,800 svetlosnih godina.

Koliko znamo za najbližu supermasivnu crnu rupu, Sgr A, sjedi usred naše kućne galaksije – Mlečnog puta. Ovo čudovište je otprilike 27.000 svetlosnih godina daleko od nas.

Možete ga naći u približnom pravcu konstelacije Sagora. Njena ogromna gravitacija trenutno je zauzeta rušenjem okolnih zvijezda, dodajući njihovu masu sopstvenoj.

Procjenjuje se da je supermasivna crna rupa naše galaksije nekoliko miliona puta – približno 4.1 miliona masa našeg Sunca. Ali ne brinite, njena ogromna distanca od nas direktno ne utiče na naš solarni sistem – bar još uvijek.

Smatra se da će se oko 4 milijarde godina naša galaksija srušiti sa našom susjednom galaksijom Andromedom. Kada se to dogodi zvezde i njihove crne rupe će se pomešati u novu mješanu galaksiju.

Zvijezde će početi da se miješaju u orbite jedne druge, vjerovatno će ih poslati u čekanje i uvijek gladne, čeljusti dvije supermasivne crne rupe. Ovo će vjerovatno pratiti smrtnu kaznu za mnoge zvijezde.

Još uvijek ne brinite, Sunce će vjerovatno doći do kraja svog života mnogo prije nego što se ovo desi.



Koliko dugo traje da bi crna rupa umrla?

Životni vijek crne rupe varira u zavisnosti od njene mase. Možete samo zaista znati provjeravajući kvantne teorijske kalkulacije polja u snažno zakrivljenom prostoru da biste saznali – što je složeno, što je najmanje.

Kao opšte pravilo, gubitak mase od Hokingovog zračenja dolazi sa različitim stopama u odnosu na “veličinu” crne rupe. Zanimljivo je da manje masene crne rupe otpuštaju masu brže od većih.

To je zbog toga što je krivina koju stvaraju u svemiru intenzivnija oko njihovih horizonata događaja. Ali čak i tako, potrebno je veoma, veoma dugo vremena.

Kao primjer, procenjuje se da će za crnu rupu mase Sunca trajati 10 ^ 67 godina da potpuno ispari. Za veće crne rupe u Univerzumu, trebalo bi da bude nevjerovatnih 10 ^ 100 godina.

Ove cifre su mnogo duže od procijenjene starosti našeg Univerzuma, 13,8 puta 10 ^ 9 godina, ali to nije zauvijek. To znači na kraju dana, kada su sve zvijezde i planete već dugo nestale, crne rupe će dominirati i na kraju će nestati.

Koliko ima crnih rupa u svemiru?

Koliko je dugačak komad žica? Koliko zrna peska ima na plaži? Koliko je zvijezda u Galaksiji? Ova pitanja su skoro pa nemoguće odgovoriti.

Isto važi i za broj crnih rupa u Univerzumu, toliko ih je da se ne možete nadati da ih izbrojite.

Čak iako smo pokušali da ih prebrojimo, nikada nećemo dobiti pravi odgovor jer će veliki dio Univerzuma biti zauvijek zaklonjen sa našeg gledišta. Ako je takav pokušaj napravljen, prvo bi trebalo da ograničimo brojanje na “naš Univerzum” ili što se tačnije naziva “Opažajni Svemir”.

Međutim, možemo napraviti neke obrazovne pretpostavke.

Crne rupe zvjezdane mase formiraju se iz supernove velikih zviiezda. Samo naš Mliječni put sadrži oko 100 milijardi zvijezda i otprilike jedna na svakih hiljadu zvezda je dovoljno velika da stvori crnu rupu kada umre.

Ovo bi trebalo da znači da bi u našoj galaksiji bilo čak 100 miliona crnih rupa zvjezdanih razmera. Ali ovaj broj se povećava svake sekunde koja prolazi.

Smatra se da se nove crvene rupe iz nove magline formiraju jednom svake sekunde.

Ako govorimo o supermasivnim crnim rupama, one teže da vrebaju u centar galaksija. U našoj lokalnoj svemirskoj oblasti nalazi se oko 100 milijardi supermasivnih crnih rupa ili slično.

Kako je moguće otkriti crnu rupu?

S obzirom na prirodu ovih nebeskih fenomena, zapravo nije moguće direktno posmatrati ih sa teleskopima koji se oslanjaju na rendgen, svjetlost ili bilo koji drugi oblik EM zračenja.

Umjesto toga, da bi ih pronašli ili otkrili zahtijeva malo bočnog razmišljanja. Može se utvrditi njihovim gravitacijskim utjecajem na druge stvari u blizini i objekte.

Klasičan primjer bi bio ako crna rupa prođe kroz međuzvjezdani oblak. Ovaj događaj privlači materiju prema unutrašnjosti crne rupe u procesu poznat kao akretiranje.

Zvijezde se takođe mogu odvojiti od svog ‘normalnog’ kretanja ako prolaze blizu crne rupe ili, naravno, mogu biti razdvojene.

U drugom scenariju, zvjezdana materija se ubrzava dok se kreće prema crnoj rupi i emituje rendgenske zrake u svemir.

“Nedavna otkrića nude neke izvanredne dokaze da crne rupe imaju dramatičan uticaj na susjedstva oko njih – emituju snažne burne gama zrake, izgaraju okolne zvijezde i podstiču rast novih zvijezda u nekim područjima, a time i zaustavljaju druge.” – NASA.

Takođe možete vidjeti “perimetru prostora koji je blizu horizonta događaja crne rupe kroz nešto nazvano” efekat lensiranja “ili gravitaciono smicanje”.

Takođe možete pokušati da posmatrate Hokingovo zračenje crne rupe.



Možete li uništiti crnu rupu?

Kao što smo vidjeli gore, ne morate (ako možete da živite dovoljno dugo) samo sačekajte da se unište. Ali, teoretski, moguće je vještački uništiti crnu rupu.

Ispostavlja se da crne rupe mogu zapravo imati Ahilovu petu – njihove horizonte događaja. Fizičari su pretpostavili da ako možemo da ga hranimo i / ili naplaćujemo, možda ćemo moći da preokrenemo njegovu inherentnu nejednakost.

To bi, s druge strane, dovelo do raspuštanja crne rupe i moglo bi samo otkriti njenu centralnu singularnost za sve što će vidjeti. Ali fizičari priznaju da nemaju pojma šta bi bile stvarne posljedice.

Crne rupe nisu crne i nisu rupe

Ustaljena je miskoncepcija da su crne rupe rupe, ali nisu. Radi se o malim kuglama koje imaju ogromnu masu i gravitaciono privlače sve što se nalazi u blizini i ima masu.

Slika 1: Lijevo je pogrešna ilustracija crne rupe kao rupe, a desno ispravna kao kugle

Crne rupe također se ne mogu ni vidjeti jer i samu svjetlost zarobljavaju.

Slika 2: Lijevo je prikaz crne rupe kako neki zamišljaju da ju možemo vidjeti, a desno kako se ona stvarno “vidi”.