Статья по астрономии на тему "Чёрные дыры"

Чёрные дыры

Кашкин Иван Владимирович

ГБПОУ ВО «РКММП»

г.Россошь, Воронежская область

руководитель: преподаватель

Глушко Ирина Евгеньевна

Во вселенной немало загадочных и недостаточно изученных объектов:  квазары, нейтронные звезды, темная энергия и материя. Но, конечно же, одними из самых интересных объектов является черные дыры. Чёрная дыра, возможно, наиболее фантастическая из всех концепций, созданных человеческим разумом. Черные дыры – это и не тела, и не излучение. Они представляют собой сгустки гравитации. Изучение природы черных дыр позволяет существенно расширить наше знание о фундаментальных свойствах пространства и времени. Наиболее замысловатые свойства структуры физического вакуума проявляются в окрестностях черных дыр, где возникают квантовые процессы. Еще более мощные (катастрофически мощные) квантовые процессы происходят внутри самой черной дыры (в окрестности сингулярности). Можно сказать, что черные дыры открывают путь в новое, очень широкое поле познания физического мира.

Тема чёрных дыр является одной из актуальнейших тем современной астрономии,астрофизики и космологии,так как эти объекты помогают лучше понять устройство нашей Вселенной,с момента борльшого взрыва по настоящий день,а также позволяет понять,что будет с нашей Вселенной.Практическое воплощение исследования в виде методического пособия позволит сделать доступной информацию для школьника о современных представлениях теории черных дыр и возможности использования их в практике.

Объект исследования: черные дыры -как астрофизический объект.

Цель исследования: исследовать черные дыры и узнать, как они могут быть полезными для человечества.

Задачи исследования:

1.Изучить историю исследования черных дыр;

2.Изучить строение и эволюцию черных дыр;

3.Узнать пользу для человечества;

Методы исследования: чтение научной литературы и научных статей, просмотр документальных фильмов на эту тему.

 Чёрная дыра — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он представляет собой сферу с радиусом Шварцшильда, который считается характерным размером чёрной дыры. Чёрная дыра это такой же астрономический объект как наше Солнце или планета Земля. Она, как и все космические тела обладает гравитацией, но только гравитационные силы в ней огромны, настолько огромны, что не существует объекта способного вырваться из его зоны притяжения.

Впервые термин «Чёрная дыра» был использован Джоном Арчибальдом Уилером 29 декабря 1967 года, в лекции под названием «Наша Вселенная: известное и неизвестное». До этого использовали такой термин как «сколлапсировавшие звёзды» и «коллапсары», реже использовали «застывшие звёзды».

Свойство чёрных дыр

1) Вблизи черной дыры время течет медленнее, чем вдали от нее.

2) Каким бы сложным ни было исходное тело, после его сжатия в черную дыру внешний наблюдатель может определить только три его параметра: полную массу, момент импульса (связанный с вращением) и электрический заряд.

3) Все вещество внутри горизонта событий черной дыры непременно падает к ее центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью.

4) С. Хокинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового "испарения" черных дыр. В 1974 он доказал, что черные дыры (не только вращающиеся, но любые) могут испускать вещество и излучение, однако заметно это будет лишь в том случае, если масса самой дыры относительно невелика. Мощное гравитационное поле вблизи черной дыры должно рождать пары частица-античастица. Одна из частиц каждой пары поглощается дырой, а вторая испускается наружу. Например, черная дыра с массой 10^12 кг должна вести себя как тело с температурой 10^11 К, излучающее очень жесткие гамма-кванты и частицы.

Радиус Шварцшильда

Радиус Шварцшильда является физическим параметром в решении Шварцшильда уравнений поля Эйнштейна, который соответствует радиусу, определяющему горизонт событий черной дыры Шварцшильда. Это характеристический радиус, связанный с любым количеством массы. Радиус Шварцшильда был назван в честь немецкого астронома Карла Шварцшильда, который вычислил это точное решение для общей теории относительности в 1916 году.

Радиус Шварцшильда, где R- радиус Шварцшильда, G-гравитационная постоянная равная 6.67*10^-11, С-скорость света.

Радиус Шварцшильда для некоторых объектов Солнечной системы;

Земля-8.87 миллиметров

Солнце-2.953 километра

Луна-0.1 миллиметра

Юпитер-2.8 метра

Новая формула

Изучая формулу радиуса  Шварцшильда  я задался вопросом: « А есть ли ещё способ узнать радиус чёрной дыры?»  После долгих  расчётов я пришёл к выводу, что если разделить массу объекта на число  6.65*10^24, то выйдет радиус Шварцшильда с очень маленькой погрешностью.

Рассчитать радиус чёрной дыры можно не только по радиусу Шварцшильда.

ГдеR-радиус чёрной дыры, פ(пе)- постоянная Шварцшильда равная 6.65*10^24, М-масса.

Сравнение моей формулы и формулы Шварцшильда(данные указаны в метрах)

Объект	Мои значения	Значения Шварцшильда
Земля	0.00897	0.00886
Солнце	2977.44	2940.55
Луна	0.0001	0.0001
Юпитер	2.842	2.806
Уран	0.13067	0.12905

 Погрешность равна  1,25%

2 Польза чёрных дыр

Чёрные дыры могут не только поглощать и уничтожать материю, но и принести пользу человечеству. К примеру, мы можем избавляться от мусора, который невозможно переработать. К такому мусору относится радиоактивные отходы. Их невозможно переработать на текущем этапе развития человечества.

Чёрные дыры можно использовать как источник энергии. При попадании вещества в чёрную дыру оно разгоняется до огромных скоростей и превращается в энергию которую можно использовать. Так как ядерный синтез может преобразовать только 0.7% в энергию, а чёрная дыра целых 10%!

Список источников:

1. Успехи физических наук. Том 171, №3. Март 2001г. «Черные дыры во вселенной» И.Д. Новиков, В.П. Фролов
2. «Чёрные дыры во Вселенной» — Век 2, 2005г. — (Наука сегодня). А.М. Черепащук.
3. «Физика черных дыр» 1986г. И.Д. Новиков, В.П. Фролов