Исследование строения чёрных дыр в космосе, их образования, влияния на окружающую среду и человека




Секция «физика и астрономия»

 

Исследование строения чёрных дыр в космосе, их образования, влияния на окружающую среду и человека

Авторы:

Ластовкин Денис Владимирович

VIII класс

Леонов Павел

VIII класс

Государственное учреждение

Образования

«Средняя школа № 8 г. Могилёва »

Научные руководители:

Радькова Наталья Анатольевна

Учитель физики

Государственное учреждение

Образования «Средняя школа №8

Г. Могилёва »

 

 

Могилёв

Сокращения в данной работе:

ЧД. – чёрная дыра.

 

 

Каждый день, заходя в сети Интернета, мы видим подобные сенсации

на тему того, что скоро чёрные дыры поглотят землю, что скоро огромная чёрная дыра поглотит нашу вселенную и т.д.

Нам очень смешно слышать эти громкие заявления из интернета: - «чёрные дыры - это самые малоизвестные явления в космосе. " Именно поэтому я решил собрать всю информацию о чёрных дырах и обобщить ее, вкратце рассказав вам всё, что я знаю о чёрных дырах космоса. Уверен! После прочтения данного материала у вас не останется сомнения. Вы будете знать о том, что такое чёрная дыра, как она образуется, как воздействует на окружающие предметы, и уже не будет тем страшным монстром, которым нас пугают неугомонные " сенсации". Да! Чёрная дыра поистине очень страшно звучит, однако изучив её хотя бы на начальном уровне, можно понять что она не такая страшная!

И так,я начну с краткого описания теории относительности а закончим мы мысленным путешествием к данному объекту.

 

Краткое описание Общей Теории Относительности (ОТО)

 

Альберта Эйнштейна.

" Все тела не просто существуют, но изменяют и искривляют пространство и время вокруг себя. Чем массивнее тело, тем больше его гравитация,

а, следовательно, и искривление пространства и времени.

Ну, как можно понять из всего того, что тут сказано - любое тело независимо от того большая его масса или не очень, будет влиять на окружающую среду.

Чёрная дыра - это объект во Вселенной. Объект со сверх критической массой, а значит и со сверх критической гравитацией.

Да, действительно чёрная дыра имеет очень большую массу, а значит очень сильно искривляет пространство.

Ни один закон стационарной физики не работает для чёрных дыр. В действительности, для чёрных дыр действует лишь пару законов стационарной физики, среди которых: уравнение гравитационной постоянной или теория гравитационных волн.

1.1 Появление.

Как правило, самым распространённым способом образования ЧД является коллапс массивной звезды, масса которой достигает массы более 3-х наших солнц.

1.2 Коллапс.

Представим себе, что Солнце при коллапсе начало резко сжиматься. В процессе неограниченного сжатия возникает чудовищная плотность. И как следствие сверхкритическая масса и гравитация.

При такой чудовищной гравитации ничто даже электромагнитные волны и фотоны света, скорость которых нам известна, не могут преодолеть границы чёрной дыры. Иными словами данное тело или сколапсировавшая звезда перестают излучать видимый свет и другие виды излучения. Наверное любому человеку знающему физику становится понятно что это значит. А значит это,что это тело становится попросту невидимым. Но так как оно продолжает существовать, то может поглощать материю вещества своими недрами. Другими словами: вещество будет как бы проваливаться в невидимую чёрную дыру.

1.3 Для того что бы представить себе плотность ЧД возьмите миллионы

солнц и таких планет как Юпитер и сожмите их до размера мяча для гольфа.

1.4 Строение.

Строение ЧД - незамысловатое. Разделяют несколько отделов любой чёрной дыры. Горизонт событий, область сингулярности аккреционный диск, и как ещё её называют точка невозврата. Область, при попадании в которую от любого объекта перестают исходить сигналы, так как его излучение удерживается гравитационными полями ЧД.

 

1.5 Ошибочное мнение, распространенное среди многих слоёв населения земли: - «чёрная дыра поглощает всё на своём пути". Мне бы очень хотелось изменить их мнение. Но для этого надо разобраться ещё в одном явлении ЧД. Начну с того, что какой бы массивной не была ЧД её гравитация не достаточно мощная, что бы действовать во всех направлениях без ограничений. Если спросить: есть ли ограничение для сверх массивных дыр, то можно дать утвердительный ответ. Да! Есть!

Это ограничение принято называть именем Карла Шварцшильда.

1.6 Сейчас я о нём расскажу!

Шварцшильд, одна из ключевых фигур начального этапа развития теоретической астрофизики. Отличался широтой научных интересов — оставил заметный след в фотографической фотометрии, теории звёздных атмосфер, общей теории относительности и старой квантовой механике. Его именем, помимо всего прочего, названо открытое им первое и до сих пор наиболее важное точное решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее существование чёрных дыр — решение Шварцшильда.

1.7 И так как я уже объяснил есть ограничитель поглощения материи: радиус Шварцшильда. Радиус Шварцшильда - это расстояние, на котором ч.д. может поглощать вещество. И что бы окончательно успокоить всех неверующих этим фактам скажу: - «ближайшая ЧД находится в созвездии Андромеды.

И находится очень далеко от нас. А так же: - «радиус Шварцшильда самой большой известной на данный момент ЧД не превышает 300 км!»

А это значит, что на расстоянии 300 км от границ ЧД вещество уже не будет поглощаться самой ЧД.

1.8 Если будет задан вопрос: как же обнаружить ЧД? Я могу ответить следующее: чёрная дыра будет сильно искривлять гравитационным полем орбиты комет, планет, астероидов. А если так, то повода особенно беспокоится на этот счёт нету! Ведь любому астроному на помощь приходят расчёты. А значит, увидев в расчётах несостыковки можно будет и предположить, что там находится зона влияния ЧД!

1.9 И так сейчас мы расскажем о некоторых способах образования ЧД. И так их всего два, ну если не считать одного теоретического. И так первый способ, про который я уже рассказывал - коллапс массивной звезды.

Но есть один важный фактор для её образования. Это масса самой звезды. Например, звезда массой около 2-ух масс солнца - не сможет стать Ч.д., так как её масса недостаточна. Она, скорее всего, сможет превратиться в нейтронную звезду. А вот звезда массой около 3-х солнц - уже сможет стать ЧД. так как её масса уже достаточна для образования ч.д..

Сейчас подробнее расскажу о коллапсе.

Коллапс - это процесс неограниченного сжатия звезды в результат конца её жизненного цикла. При коллапсе происходит резкое сжатие всей материи, из которой состоит звезда и появляются те явления гравитации и массы, о которых я уже рассказывал.

 

2.1 Второй способ - взрыв сверхновой. Это явление обратное коллапсу. Если при коллапсе происходит сжатие матери, то при взрыве сверхновой происходит её расширение (довольно быстрое) и как следствие -взрыв, сопровождающийся выбросом большого количества различных веществ в космическое пространство.

2.3 Ну и третий способ - теоретический. Образование Чд. произойдет, если две не столь массивные звезды столкнутся. Конечно, доля вероятности, что такое произойдёт очень низка. Ведь расстояние между звёздами очень большое, да и силы отталкивания и им подобный могут препятствовать этому. Но рассмотрим сценарий, если бы это происходило. Сначала образовался огромный, гигантский шар раскалённой плазмы, после чего произошёл бы очень мощный взрыв и как следствие этого взрыва - образование ч.д..

2.4 Теперь хотелось бы поговорить о МИФАХ про чёрные дыры. Их довольно много и сеть Интернет пестрит сообщениями что на Солнце обнаружены чёрные дыры, что скоро огромная чёрная дыра поглотит нашу землю и галактику. и т.д. и т.п.. Хотелось бы сказать всем людям которые придумали эти сенсации одну фразу:- " Нет глупца страшнее, чем тот, у которого ещё остались мозги!" Всё это страшные выдумки и полнейшая ложь.

2.5 Ну во первых: Огромная дыра не поглотит нашу галактику! Объясняю почему! Ну, давайте рассуждать здраво! Ближайшая к нам ч.д. находится на расстоянии нескольких десятков миллионов световых лет. И пока она дойдёт до границ нашей галактики, пройдёт немало времени около 5 миллиардов лет. Да к дополнению хотелось бы сказать, что многие галактики спокойно существуют с чёрными дырами. И эти дыры в центрах галактик называются активными ядрами галактик.

2.6 Во-вторых: Наше Солнце никаким образом не может стать чёрной дырой как пророчит сеть Интернет. Как я уже говорил: " Это масса самой звезды. Например, звезда массой около 2-ух масс солнца - не сможет стать ч.д. так как её масса недостаточна. Она, скорее всего, сможет превратиться в нейтронную звезду. А вот звезда массой около 3-х солнц -уже сможет стать ч.д. так как её масса уже достаточна для образования ЧД. "Тем более наше солнце совсем не подходит для образования Ч.д.

2.8 Рассмотрим пример когда на пути чёрной дыры появляется звезда. А происходят довольно простые и объяснимые действия.

Газ – водород и гелий из которых и состоит наша звезда. Поглощаются чёрной дырой, а точнее сначала притягиваются её гравитационным полем и исчезают в недрах чёрной дыры. Это явление очень похоже на то, как человек пьёт сок из стакана через трубочку. При этом при поглощении чёрной дыры материи звезды её размер (чёрной дыры) соответственно увеличивается. И чёрная дыра постепенно поедает звезду и «толстеет» то есть увеличивается в объёме.

 

2.9 Как исчезают чёрные дыры?

Это сложный механизм. Предполагалось Стивеном Хокингом, что чёрные дыры не совсем чёрные и Ч.д. всё - таки издаёт излучение. Постепенно Ч.д. начинает сжиматься скорость излучения начинает расти по мере того как чёрная дыра сжимается и в конце концов чёрная дыра начинает излучать столько что в конце концов растворяется в пространстве.

3.1 Теперь несколько интересных фактов о чёрных дырах.

Большинство полагает, что открытие существования чёрных дыр — заслуга Альберта Эйнштейна.

Однако Эйнштейн закончил свою теорию к 1916-му году, а Джон Митчелл обдумывал эту идею ещё в далёком 1783-м. Она не нашла применения потому, что этот английский священник просто не знал, что с ней делать.

Митчелл начал разрабатывать теорию чёрных дыр, когда принял идею Ньютона, согласно которой свет состоит из маленьких материальных частиц, называемых фотонами. Он размышлял о движении этих световых частиц и пришёл к выводу, что оно зависит от гравитационного поля звезды, которую они покидают. Он пытался понять, что произойдёт с этими частицами, если гравитационное поле будет слишком большим, чтобы свет мог его покинуть.

Митчелл также является основателем современной сейсмологии. Он предположил, что землетрясения распространяются в земле подобно волнам.

3.2 Они действительно притягивают пространство вокруг себя.

Попробуйте представить космос в виде резинового листа. Представьте, что планеты — это шарики, которые давят на этот лист. Он деформируется и больше не имеет прямых линий. Это создаёт гравитационное поле и объясняет, почему планеты движутся вокруг звёзд.

Если масса объекта возрастёт, то деформация пространства может стать ещё больше. Эти дополнительные возмущения увеличивают силу притяжения и ускоряют движение по орбите, заставляя спутники двигаться вокруг объектов всё быстрее и быстрее.

Например, Меркурий движется вокруг солнца со скоростью 48 км/с, в то время как орбитальная скорость звёзд неподалёку от чёрной дыры в центре нашей галактики достигает 4800 км/с.

Если сила притяжения достаточно сильна, то спутник сталкивается с большим по размеру объектом.

3.3 не все чёрные дыры одинаковы.

Мы обычно думаем, что всё чёрные дыры по сути одно и то же. Однако астрономы недавно выяснили, что их можно разделить на несколько разновидностей.

Есть вращающиеся чёрные дыры, черные дыры с электрическим зарядом и чёрные дыры, включающие черты первых двух. Обычные чёрные дыры возникают путём поглощения материи, а вращающаяся чёрная дыра образуется путём слияния двух таких дыр.

Эти чёрные дыры расходуют намного больше энергии из-за возросшего возмущения пространства. Заряженная вращающаяся чёрная дыра действует как ускоритель частиц.

Чёрная дыра, названная GRS 1915+105, находится на расстоянии около 35 тысяч световых лет от Земли. Она крутится со скоростью 950 оборотов в секунду.

3.4 Некоторые исследователи полагают, что чёрные дыры помогут нам при создании новых элементов, потому что они разбивают материю на субатомные частицы.

Эти частицы участвуют в образовании звёзд, что в свою очередь ведёт к созданию элементов тяжелее гелия, таких как железо и углерод, необходимых для образования твёрдых планет и жизни. Эти элементы входят в состав всего, что имеет массу, а значит и нас с вами.

3.4 ещё пару основных фактов о чёрных дырах которые мы смогли обобщить в коротких предложениях.

3.5 Все звёзды нашей галактики обращаются вокруг расположенной в её центре сверхмассивной чёрной дыры.

1)Гравитация чёрной дыры настолько сильна, что притягивает даже свет.

2)Если бы Земля превратилась в чёрную дыру, она была бы размером с небольшой орех.

3)Чёрные дыры со временем испаряются.

4)Ничто, даже свет, не может покинуть окрестности чёрной дыры после прохождения горизонта событий.

5)По мере приближения к горизонту событий время замедляется.

6)Экстремальная масса чёрных дыр искажает пространство вокруг них.

7)Чёрной дырой может стать в конце своего жизненного пути звезда с массой примерно от десяти солнечных.

8)Вращающиеся чёрные дыры появляются в результате слияния двух обычных.

9)Одна из расположенных на расстоянии в 35 тысяч световых лет чёрных дыр вращается вокруг своей оси со скоростью чуть меньше тысяч оборотов в секунду.

10)Сверхмассивные чёрные дыры могут обладать массой от десяти до тридцати миллионов солнечных.

11)Чёрная дыра массой в четыре миллиона солнечных вполне может поместиться в пространстве между Солнцем и орбитой Меркурия

12)Во время прохождения горизонта событий чёрной дыры вещество разгоняется до скорости света.

13)Чёрные дыры генерируют звуки, которые удалось услышать астрономам.

14)Самая большая из известных чёрных дыр расположена в центре галактики NGG 1277, на расстоянии в 228 миллионов световых лет от Земли.

15)Так как чёрная дыра поглощает свет, её невозможно увидеть.

16)До ближайшей чёрной дыры от нас около двадцати тысяч световых лет.

17)Чёрные дыры не представляют опасности для объектов, не приближающихся к ним слишком близко.

18)Существуют двойные звёздные системы, в которых одна из звёзд является чёрной дырой.

И так дорогие друзья мы подошли к концу нашей работы. Теперь вы понимаете и знаете что такое чёрные дыры в космосе и галактике. Теперь вы знаете, что чёрные дыры вовсе не те страшные монстры, которые пожирают всё вокруг себя. Чёрные дыры – это поистине уникальные объекты природы загадки, которых учёным лишь предстоит разгадать. Чёрные дыры – это уникальные объекты, которые будут изучаться, и исследоваться в дальнейшем. Ещё в 20 веке мы не знали про них ровным счётом ничего. Теперь же мы знаем про них не так уж и много но знаем ровно то, что нам позволяет понять, что это такое. Пусть чёрные дыры больше никого не страшат, и пусть наше Солнце светит ещё пять миллиардов лет!

 

ЛИТЕРАТУРА

Чёрная дыра // Википедия режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/

Астрономия. 11 класс. Левитан Е.П. М.: 1994. - 207 с. Учебник для 11 класса.

Чёрные дыры

19 интересных фактов о чёрных дырах// режим доступа: https://стофактов.рф/

Общая Теория Относительности// Википедия режим доступа: https://ru.wikipedia.org/wiki/

Астрономия 11 класс Автор(ы): И. В. Галузо, В.А. Голубев, А.А. Шимбалев год издания 2009.

Астрофизика Год издания: 1988 Автор: Дагаев М.М., Чаругин В.М.

Приложение 1

Исследование строения чёрных дыр в космосе, их образования, влияния на окружающую среду и человека

 

 

Ластовкин Денис, Леонов Павел

 

VIII класс, государственное учреждение образования «средняя школа № 8 г. Могилёва»

Целью работы является доказательства ложности информации некоторых интернет сайтов. Показать каким образом чёрные дыры взаимодействуют с окружающей средой.

Задачи:

- Понять схему образования чёрных дыр.

- Понять каким образом они влияют на человека и окружающую среду в целом.

- Изучить строение чёрных дыр.

- Представить явление коллапса.

- Развеять мифы о чёрных дырах.

На первом этапе исследования мы взяли за основу понятие чёрная дыра.

Далее отталкиваясь от этого понятия, были выведены главные проблемы и задачи.

На втором этапе были тщательно изучены понятия коллапса, после чего были выведены возможные способы появления чёрной дыры. Теоретическим образом были выведены три способа образования чёрных дыр.

На третьем этапе были изучены все основные сведения из сети Интернет, из которых было выбрано несколько ложных сведений. После чего эти ложные сведенья были оспорены с помощью имеющихся знаний о самих чёрных дырах.

На четвёртом этапе были выбраны основные интересные сведенья о чёрных дырах, после чего они были проверены самым тщательным образом.

Результаты, полученные при исследовании чёрных дыр хорошо согласуются с данными НАСО. В связи с эти в данной работе практически весь материал, собранный об образовании чёрных дыр является нашими личными предположениями. В связи с этим мы предполагаем, уменьшить количество неверных материалов обо всём космосе.

 

Приложение 2

Способы образования чёрных дыр.

1. А, В, С- коллапс

2. D, E, F – взрыв сверхновой.

Как выглядит искривление пространства вокруг чёрной дыры.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2018-01-31 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: