Ум издухан
Има ли нещо по-странно във Вселената от черните дупки? Тези причудливи, гравитационни чудовища не изкривяват само пространството и времето; само мисленето за тях се простира и огъва въображенията на хората. Наред с всички умопомрачителни качества, за които може би сте чували - огромната им маса, невероятно малкият им размер - черните дупки имат тон с още по-странни свойства, които са по-малко известни. Разглеждаме някои от най-изумителните характеристики и теоретични възможности относно тези космически странности.
Черните дупки може да имат коса
През 60-те години физикът Джон Уилър предположи, че черните дупки „нямат коса“, което означава, че всеки конкретен космически обект може да бъде различен от своите братя само по неговото въртене, ъглова инерция и маса. Всяка друга разграничаваща информация за черна дупка се счита за "коса" и се смята, че изчезва зад непроницаемия хоризонт на събитието на черната дупка, граница около черната дупка, отвъд която не може да избяга нищо, включително светлината.
Изрязан до 2016 г., когато известният физик Стивън Хокинг предложи, че черните дупки всъщност имат богата прическа, направена от призрачни, нулеви енергийни частици, и че тази агломерация на хирсут съдържа информация за материала, който черната дупка е консумирала. Тази хипотеза не е доказана, но би могла да помогне за решаването на дългогодишен парадокс за това какво се случва с газ и прах, попаднал в челюстта на черната дупка.
Черните дупки произвеждат фонтани
Предполага се, че нищо не може да избяга от мощната гравитационна хватка на черната дупка. Но това важи само за материал, който е достигнал изключително близо до ръба на дупката. Всъщност много черни дупки са заобиколени от потоци от газ и прах, които кръжат около дупката, като вода, която се спуска по канала. Триенето в този материал генерира топлина, което създава струене, подобни на бури структури в газа и праха. Последните наблюдения сочат, че това движение създава и сводести пръстени, които обграждат вътрешни колони от материя, която стреля направо във въздуха, силно наподобяваща фонтани.
Черните дупки могат да се изпарят
Квантовата механика осигурява друг начин частиците да избягат от черна дупка. Според теорията двойки субатомни частици постоянно мигат и съществуват около хоризонта на събитията на черната дупка. Всеки толкова често конфигурацията е подравнена по точно правилния начин, за да накара един от партньорите да падне в черната дупка. След това идентичният сътрудник на частицата се задвижва далеч с изключително висока скорост, ограбвайки черната дупка на малка частица енергия. Това произвежда това, което е известно като радиация на Хокинг, след Стивън Хокинг, който откри феномена. Тъй като енергията е равна на масата, този процес всъщност може да доведе до свиване на черна дупка и евентуално да се изпари в течение на дълги периоди от време.
Черните дупки може да са заобиколени от огнена стена
Един от проблемите с радиацията на Хокинг е, че той предизвиква главоблъсканици за физиците. Субатомните частици, произведени от това излъчване, са заплетени, което означава, че това, което се случва с едното, веднага се усеща от другото. И така, какво чувства партньорът, който не попадна в черната дупка, когато неговият сътрудник се смачка в безкрайно плътна точка? Никой не знае. Една теория твърди, че черната дупка разрушава заплитането на частиците, резултат, който - според законите на квантовата механика - би произвел безумно количество енергия. Това от своя страна би означавало, че всички черни дупки са заобиколени от подвижни стени от огън.
Черната дупка може да изтрие информация или не
Трудно е да се квадратят масата на смазване на черните дупки със законите на квантовата механика, според които информацията за частиците никога не може да бъде унищожена. Но материалът, който се изплъзва отвъд ръба на черната дупка, трябва да стане завинаги изгубен за вселената. Този проводник е известен като парадокс на информацията за черната дупка; Резолюция избяга от учените до момента. Последните проучвания сочат, че информацията, която попада в черна дупка, може да бъде предадена на партньорите на изходящите частици в радиацията на Хокинг; обаче не е намерен окончателен отговор на този парадокс.
Черните дупки могат да бъдат тъмна материя
Малко след Големия взрив Вселената трябва да е създала множество малки черни дупки. Тъй като тези характеристики биха били масивни предмети, които не излъчват светлина, някои физици предполагат, че тези изначални черни дупки могат да представляват тъмна материя, този мистериозен материал, от който е направена огромната част от материята в Космоса. Но идеята е противоречива, като се има предвид, че данните от Лазерния интерферометър на гравитационно-вълновата обсерватория (LIGO) са изключили вселена, пълна с много малки лунни черни дупки. Може би черните дупки със среден размер все още дебнат там, въпреки че наблюденията предполагат, че те биха съставлявали само най-много 1% до 10% от тъмната материя.
Материята може да пътува към бъдещето в черна дупка
Черните дупки се сблъскват с проблема за безкрайността - масата на черната дупка е смачкана до безкрайно плътна точка, която е с безкрайно малки размери. Физически това няма смисъл, така че изследователите са търсили алтернативни рамки, за да се справят с черните дупки. Едното предложение е известно като гравитация на квантовия контур, което предполага, че тъканта на пространството-времето е извита много силно близо до центъра на черната дупка. Това би довело до това, че част от дупката ще се разшири в бъдеще, което означава, че материята, която попадне в нея, ще изминава време напред. Засега тази разширяваща се ума идея остава теоретична.
Учените може би са забелязали черни дупки от друга вселена
Едно силно противоречиво наблюдение подсказва, че нашата Вселена е късен момент. По-ранните вселени може би са съществували преди нашите и биха съдържали черни дупки. Изтъкнатият математичен физик от университета в Оксфорд Роджър Пенроуз твърди, че космическото фоново лъчение - енергична реликва от Големия взрив - съдържа отпечатъци на тези черни дупки от преди време. Други учени твърдят, че данните на Пенроуз не са нищо повече от случаен шум, но възможността остава интригуваща.
Скоро ще имаме снимка на черна дупка
След няколко дни физиците са готови да пуснат първото в историята изображение на черна дупка. Този свръхмасивен звяр дебне в сърцето на нашата галактика Млечен път; заснемането на негова снимка е била целта на телескопа на хоризонта на събитията. Този инструмент всъщност е глобална мрежа от радиотелескопи по цялата земя, които обединиха силите си, за да приближат по-близо до галактическия център от всякога. Телескопът трябва да бъде в състояние да забележи сянката на черната дупка по целия й материал, а изображенията се очакват на 10 април.
