VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Черные дыры космоса
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Космос и ночное звездное небо всегда манили людей. Мне интересно все, что связано с космосом. Конечно же, во вселенной очень много загадочного и неизученного, но мне сегодня хотелось бы остановиться на таких объектах, как Черные дыры. Пожалуй, это самые загадочные, интересные и интригующие объекты вселенной. Многие люди, в том числе и присутствующие сегодня здесь, считают, что черных дыр нет, но я попытаюсь доказать Вам, что они существуют.
Темачерных дыр – актуальная тема современной астрофизики и астрономии. Актуальность выбранной мной темы заключается в возможном практическом применении свойств черных дыр в будущем на благо людей.
Цель моего исследования:
понять, что такое черные дыры космоса и исследовать теории их появления
доказать, что:
- пространство внутри черной дыры изменяется;
- название «черная дыра» не говорит о том, что она черного цвета;
- если мы не видим черные дыры, то это не говорит о том, что их нет.
Задачи, которые я себе поставил:
Изучить свойства черных дыр
Провести опыты
Изучить эволюцию черных дыр
Изучить историю возникновения черных дыр и популярные гипотезы
Гипотеза – название объекта «черная дыра» не говорит о том, что она черного цвета, если посторонний объект попадает в черную дыру, то он никуда не исчезает, возможно попадая в другое измерение или пространство.
3
Глава 1. Понятие – черная дыра
Воспринимать Черную дыру как пустое место – это очень грубая ошибка. В ней собрано огромное количество так называемой материи и в свою очередь эта материя замыкается в крайне маленьком пространстве.
Чтобы было понятнее, приведу пример. Предположим мы взяли звезду в десять раз больше солнца и впихнули ее в некую область размером с город Пермь. Образуется такое сильное давление, что гравитация, то есть притяжение объектов обретет просто огромнейшую силу, и никто и ничто, даже солнечный луч не сможет вырваться из этого пространства.
Итак, подведу итог: Черная дыра – это область в пространстве и времени. Гравитационное притяжение Черной дыры очень велико. Покинуть Черную дыру не могут даже объекты, которые движутся со скоростью света, а это огромнейшая скорость 300 000 км/с. Черную дыру не могут покинуть и сами лучи света. Черная дыра поглощает все, что попадает в поле ее действия - от мелких частиц до целых планет и звезд. При этом поглощенный объект никуда не девается, а просто расплющивается о черную дыру и "сливается" с ней, еще больше увеличивая ее массу и как следствие расширяя поле её действия.
4
Глава 2. Образование черной дыры
А вот интересно, как же образуется черная дыра?
Существует три теории образования черных дыр.
Возникновение черной дыры в результате гравитационного коллапса звезды.
В результате большого взрыва.
В результате протекания ядерных реакций при высоких энергиях.
Я остановлюсь на первой и наиболее известной теории – это возникновение черной дыры в результате гравитационного коллапса звезды.
Гравитационный коллапс звезды – это очень быстрое и очень сильное гравитационное сжатие огромнейших звезд, масса которых как минимум должна быть в три раза больше массы Солнца, а масса Солнца больше планеты Земля в 109 раз, а наша с Вами планета весит около шести секстиллионов тонн. Гравитационный коллапс – это конечный этап эволюции звезд.
Подведем итог: черные дыры появляются из тяжелых звезд, которые превращаются в красные сверхгиганты, затем происходит его взрыв, другими словами смерть звезды сверхгиганта – это начало для черной дыры.
Глава 3. Из чего состоит черная дыра?
Теперь разберемся, из чего же состоит черная дыра.
Конечно, на этот вопрос однозначного ответа в настоящее время нет, но теоретическая модель черной дыры предусматривает три её составных: фотонная сфера, горизонт событий и сингулярность.
Фотонная сфера – это область вокруг черной дыры. Лучи света отклоняются мощным гравитационным полем, которое окружает черную дыру. Вдали от дыры лучи искривляются слабо. Если луч проходит совсем рядом с дырой, она может захватить его на круговую орбиту, так и образуется фотонная сфера.
Горизонт событий – это лишь тонкая неявная граница черной дыры. Любой объект попав за горизонт событий безвозвратно притягивается в сторону последней составляющей черной дыры – сингулярности.
Сингулярность - это всё вещество внутри черной дыры, которое собрано в бесконечно малый объем бесконечной плотности и находится в самом центре дыры.
Масса черных дыр варьируется от 3 до 21 миллиарда масс солнца. Минимальный радиус черной дыры около 9 км. Температура самой малой черной дыры -272 градуса.
Глава 4. Свойства черных дыр
Черные дыры обладают следующими свойствами:
Вблизи черной дыры время течет медленнее, чем вдали от неё.
Если тело, из которого возникла черная дыра, вращалось, то вокруг черной дыры сохраняется «вихревое» гравитационное поле, как воронка, увлекающее все соседние тела во вращательное движение вокруг неё.
Когда тело сжимается в черную дыру, то все его характеристики, такие как плотность, состав и объем, исчезают. Остается масса и электрический заряд.
Черная дыра может очень медленно «испаряться», то есть исчезать. Данное свойство открыл известный ученый астрофизик Стивен Хокинг.
Черная дыра обладает огромным, неиссякаемым запасом энергии.
Всех интересут вопрос: где находятся черные дыры? Так вот, в действительности они разбросаны по всей Вселенной. Черная дыра может образоваться в любом месте, в том числе и рядом с Солнечной системой.
Глава 5. Интересные факты
NGC 1277 – самая большая из обнаруженных черных дыр. Находится в созвездии Персея. Масса около 20 миллиардов Солнц и удалена она от Земли на 228 миллионов световых лет.
Оказывается Черные дыры издают звуки – когда материя пересекает горизонт событий, раздается булькающий звук. Энергия движения преобразуется в звуковые волны. Данный факт был зарегистрирован в 2003 году в космической рентгеновской обсерватории ЧАНДРА. Астрономы поймали звуковые волны от сверхмассивной черной дыры.
Глава 5. Практическая часть. Опыты и исследования.
«Невидимое возможно существует».
Сейчас на практике я попытаюсь доказать, что черные дыры есть. На самом деле всё намного проще, чем кажется. Давайте представим, что наша планета Земля – это Вселенная, а всё что на ней находится, растения, животные, люди – это объекты Вселенной, такие как звезды, планеты, кометы. Теперь закроем глаза руками. Мы ничего не видим, но означает ли это что всё исчезло? Конечно нет. Так и с объектами космоса, черными дырами. Если мы их не видим, это совершенно не означает, что их нет.
«Изменение пространства».
Теперь возьмем лист бумаги и поставим на нем две точки. Теперь соединим эти точки прямой. Измерим расстояние между точками линейкой. Теперь сомнем лист. Мы видим, что расстояние между точками уменьшилось, хотя длина самого отрезка не изменилась. Этим наглядным примером я доказал, что пространство внутри черной дыры изменяется при сжатии объектов, при этом некоторые свойства объектов никуда не исчезают.
«А на самом ли деле дыра черная? Исчезают ли объекты?».
Я взял две коробки, в которых есть круглые отверстия. Одну коробку изнутри оклеил черной бумагой, другую голубой. Теперь я закрою обе коробки крышками. Посмотрим в отверстия обеих коробок. В них ничего не видно, сплошная чернота и темнота. Исходя из этого, можно сделать вывод, что внутри черные дыры совсем необязательно черного цвета. Теперь я открою коробки и положу в них любые яркие предметы. Закрываю коробки и снова смотрю в отверстия. Предметы не видно в обеих коробках. Делаю вывод о том, что объекты, попадающие в черную дыру, никуда не исчезают.
Заключение
В процессе изучения мною материала мне удалось сформировать понимание того, что такое Черная дыра.
Я изучил наиболее известную теорию образования Черной дыры – гравитационный коллапс звезды.
По мере своих возможностей с помощью исследований и опытов я доказал, что черная дыра необязательно черного цвета, что предметы, которые попадают внутрь черной дыры, не исчезают и что если мы не видим черных дыр, это совсем не означает, что их нет.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что гипотеза, предложенная мной вначале моей работы, была доказана.
Надо сказать о том, что в настоящее время тема Черных дыр до конца не изучена и большинство материала по этой теме изложено на основании предположений. Возможно, в будущем, я продолжу работу по изучению этих таинственных объектов, ведь они обладают огромной энергией, которую возможно когда-нибудь человечество сможет использовать в своих интересах.
Список используемой литературы
Википедия
Хокинг С. Три книги о пространстве и времени. Перевод с англ. – СПб.: Амфора. ТИД Амфора, 2012
КИП С. Торн. Черные дыры и складки времени: Дерзкое наследие Эйнштейна. Перевод с англ. Под ред. Чл.-корр. Ран В.Б. Брагинского. – М.: Издательство физико-математической литературы, 2009.
Ян Николсон. Вселенная. Серия «Жизнь планеты» – М.: «Росмэн», 2000.
Я познаю мир: Дет. энцикл.: Космос/ Авт.- сост. Т.И. Гонтарук – М.: ООО Фирма «Издательство АСТ», 1999.
Шапиро С. Л., Тьюколски С. А. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. В 2 ч. М., 1985
10 фактов о черных дырах, которые должен знать каждый, 23rd July 2017, https: // hi - news.ru