(Universul care se prăbușește sau Istoria găurilor negre)

Ediție:

doamna

Isaac Azimov. Doamna gravitațională a universului

Traducător: Radka Dinekova

Recenzent: Valeri Golev

Recenzori ai traducerii: Nadka Stoyanova, Krassimira Abadjieva

Editor: Valeri Golev

Artist de copertă: Vladimir Minchev

Artist-editor: Dimitar Petkov

Editor tehnic: Yordanka Ivanova

Corector: Slavka Krasteva

American. Ediția I.

Format 70X90/32 Cuptor. mașini 18.00 Ed. când 10.51 PEC 12.19

Editura de Stat Narodna Prosveta - Sofia, 1990.

Compania de stat „Polyprint” - Vratsa

Pe alte site-uri:

Cuprins

  • 1. Particule și forțe
    • 1
    • Cele patru forțe
    • Atomi
    • Densitate
    • Gravitatie
  • 2. Planetele
    • Pământul
    • Celelalte planete
    • Viteza de evitare
    • Densitatea și formarea planetelor
  • 3. Materie densă
    • Intestinele planetelor
    • Rezistența la presiune
    • Stelele
    • Materie degenerată
  • 4. Pitici albi
    • Giganți roșii și sateliți întunecați
    • Superdensitate
    • Schimbarea la roșu a lui Einstein
    • Formarea piticilor albi
  • 5. Materie explozivă
    • Big Bang-ul
    • Secvența principală
    • Nebuloasele planetare
    • Noile stele
    • Supernove
  • 6. Stele de neutroni
    • Dincolo de piticii albi
    • Dincolo de lumină
    • Pulsari
    • Proprietățile stelelor de neutroni
    • Efecte de maree
  • 7. Găuri negre
    • Victoria finală
    • Detectarea găurilor negre
    • Mini găuri negre
    • Utilizarea găurilor negre
  • 8. Sfârșiturile și începuturile
    • Sfarsit?
    • Lovituri de ciocănitoare * și găuri albe
    • Quasarii
    • Oul cosmic
  • Anexa 1. Exprimarea numerelor sub formă de grade
  • Anexa 2. Sistemul metric
  • Anexa 3. Scale de temperatură

Pulsari

Între timp, însă, astronomii au început să folosească microundele în activitatea lor, iar știința radioastronomiei s-a dezvoltat foarte rapid, atingând un grad ridicat de complexitate și producând o productivitate mare. Astronomii au construit dispozitive speciale de detecție - radiotelescoape, care pot fi folosite pentru a determina cu mare precizie poziția surselor de microunde, precum și pentru a studia în detaliu proprietățile acestora.

La începutul anilor 1960, de exemplu, radioastronomii au descoperit că unele surse de microunde și-au schimbat intensitatea destul de rapid, păreau să clipească. Oamenii de știință au început să proiecteze radiotelescoape special concepute pentru a surprinde aceste schimbări foarte rapide. Un astfel de radiotelescop a fost construit la Observatorul Universității Cambridge de Anthony Huish (1924). Acesta a constat din 2048 receptoare individuale situate pe o suprafață de 18.000 m 2 .

În iulie 1967, noul radiotelescop a început să scaneze cerul. În prima lună, absolventul Jocelyn Bell a înregistrat impulsuri de microunde provenind dintr-un spațiu gol între stelele Vega și Altair - au fost, de asemenea, foarte rapide. Inițial, ea a considerat că efectul observat se datora interferențelor aparatelor electrice din zonă. Dar ea a constatat mai târziu că sursele acestor impulsuri care se schimbă rapid se mișcau regulat de la noapte la noapte, împreună cu stelele din sfera cerească. Cauza acestui fenomen a fost aparent extraterestră și acest lucru l-a determinat pe Bell să raporteze rezultatele observațiilor sale lui Hughes.

Până la sfârșitul lunii noiembrie, fenomenul fusese studiat cu atenție. Huish se aștepta la unele fluctuații rapide, dar nu atât de mult. Fiecare impuls a durat doar 1/20 dintr-o secundă, iar impulsurile au fost transmise la intervale de aproximativ 1 și 1/3 secunde. Au venit cu o regularitate cu adevărat remarcabilă - un impuls la fiecare 1.33730109 secunde.

Noul radiotelescop a detectat cu ușurință aceste impulsuri de microunde, deoarece erau suficient de puternice. Cu toate acestea, radiotelescoapele obișnuite nu au fost adaptate pentru a prelua impulsuri atât de scurte. Deoarece timpul lor mort este mai mare decât intervalul dintre impulsuri, ei pot măsura doar intensitatea medie a microundelor. Această intensitate medie este de numai 3,7% din impulsul maxim și, prin urmare, acest maxim a trecut neobservat.

A apărut întrebarea, care este acest fenomen? Dacă sursa cuptorului cu microunde arată ca un punct, atunci poate fi o stea. Impulsurile au fost de scurtă durată și acest lucru l-a făcut pe Huish să creadă că sursa este un fel de stea care pulsează. Numele a fost scurtat imediat la pulsar și sub acest nume noile site-uri au devenit cunoscute pe scară largă.

Huish a căutat pe hărțile observărilor anterioare alte astfel de obiecte și a găsit încă trei pulsari. El și-a reexaminat dovezile și, la 9 februarie 1968, a anunțat descoperirea sa către lume.

Alți astronomi au fost, de asemenea, dornici să caute astfel de obiecte și s-au descoperit rapid mai mulți pulsari. Până în 1975, 100 de pulsari erau deja cunoscuți, iar numărul lor în galaxia noastră este probabil de aproximativ 100.000.

Două treimi din pulsari a căror poziție pe cer este cunoscută se află în zone în care stelele din galaxia noastră sunt dens localizate. Aceasta este o dovadă puternică că pulsarii fac parte din galaxia noastră. (Nu există niciun motiv să presupunem că nu există în alte galaxii, dar astfel de pulsari sunt probabil prea slabi pentru a fi detectați la distanțe mari de galaxii.) Cel mai apropiat pulsar cunoscut este la aproximativ 300 de ani lumină distanță.

Fiecare pulsar este caracterizat de o constanță pulsațională excepțională, dar există diferențe în perioadele pulsarilor individuali. Cea mai lungă perioadă de pulsație este de 3.75491 secunde.

Cel mai scurt pulsar cunoscut până acum a fost descoperit în octombrie 1968 în Grick Bank, Virginia de Vest. Se află în Nebuloasa Crustaceului (și odată cu descoperirea sa s-a realizat prima conexiune reală între pulsari și superne), iar perioada sa este de doar 0,033099 secunde. Pulsează de 30 de ori pe secundă sau de 113 ori mai rapid decât pulsarul cu cea mai lungă perioadă cunoscută.

Dar ce poate provoca impulsuri atât de rapide care sunt emise cu o regularitate atât de fantastică?

Când au descoperit primii pulsari, Huish și colegii săi astronomi au fost atât de nedumeriți încât au sugerat chiar existența unei forme de viață inteligentă extraterestră undeva departe în spațiu care trimite aceste semnale. Chiar înainte ca cuvântul pulsar să intre în folosință, oamenii de știință au folosit abrevierea MHC pentru a desemna aceste obiecte - adică. „Omuleți verzi”.

Această idee a originii artificiale a semnalelor nu a durat mult. Generarea unor astfel de impulsuri necesită de 10 milioane de ori mai multă energie decât poate produce omenirea. Nu pare plauzibil să cheltuiți atât de multă energie doar prin trimiterea de semnale regulate care nu poartă informații. Mai mult, odată cu descoperirea tot mai multor pulsari noi, părea incredibil faptul că atât de multe forme de viață diferite se aflau în același stadiu de dezvoltare și ne trimiteau semnale în același timp. Prin urmare, această teorie a fost rapid abandonată.

Cu toate acestea, ceva trebuie să sufere modificări strict periodice - rotație în jurul unui alt corp, rotație în jurul axei sale, pulsații - suficient de rapidă pentru a provoca impulsuri.

Pentru a provoca schimbări atât de rapide cu eliberarea unei cantități atât de mari de energie, trebuie să existe un câmp gravitațional de intensitate puternică. Astronomii nu cunoșteau obiecte cu astfel de proprietăți, dar dintr-o dată s-au gândit la pitici albi.

Teoreticienii au venit imediat cu ideea, dar nu au putut explica modul în care un pitic alb ar putea orbita pe altul, se poate roti în jurul axei sale sau pulsa pentru o perioadă suficient de scurtă pentru a produce un pulsar. Pot exista mici pitici albi cu câmpuri gravitaționale intense, dar nu sunt nici suficient de mici, nici câmpurile lor gravitaționale atât de intense. Se vor rupe și se vor rupe dacă trebuie să se învârtă unul pe altul, să se rotească în jurul axei lor sau să palpite cu perioade mai mici de patru secunde.

Este nevoie de un obiect mai mic și mai dens decât o pitică albă. Astronomul născut în Austria Thomas Gold (1920) a sugerat că pulsarii erau tocmai acele stele de neutroni pe care Oppenheimer le considera teoretic. Aurul a arătat că steaua neutronică este suficient de mică și densă și se poate roti în jurul axei sale pentru o perioadă de patru secunde sau mai puțin.

În plus, steaua neutronică trebuie să aibă un câmp magnetic similar cu cel al unei stele obișnuite, dar trebuie să fie la fel de concentrat și compactat ca substanța din ea. Din acest motiv, câmpul său magnetic este incredibil de intens decât câmpurile stelelor obișnuite. Pe măsură ce se rotește în jurul axei sale, steaua neutronică emite electroni, care sunt capturați de câmpul magnetic și nu pot scăpa decât prin polii magnetici de pe ambele părți opuse ale stelei.

Este posibil ca polii magnetici să nu coincidă cu axa de rotație adevărată (cum ar fi pe Pământ). Fiecare pol magnetic face o rotație în jurul axei de rotație timp de câteva secunde sau fracțiuni de secundă și împrăștie electroni în spațiu (la fel ca stropitoarele rotative cu apă). Odată ieșiți, electronii și-au distorsionat traiectoria sub acțiunea câmpurilor magnetice și gravitaționale ale stelei de neutroni. Când energia este pierdută, nu toți electronii pot scăpa, dar această energie pierdută este emisă sub formă de radiație cu microunde.

În acest fel, fiecare stea neutronică emite două jeturi de radiații cu microunde de la cei doi poli opuși ai sferei sale miniaturale. Dacă jetul ejectat de steaua neutronică în timp ce se rotește în jurul axei sale intersectează linia vizuală, un impuls scurt de microunde va fi detectat de fiecare dată când steaua se rotește pe Pământ. Potrivit unor astronomi, doar una din fiecare sută de stele de neutroni trimite radiații cu microunde către noi, astfel încât din cele 100.000 de stele de acest fel din galaxia noastră, nu vom putea detecta mai mult de 1.000.

Gold a mai susținut că, dacă teoria sa ar fi corectă, energia ar curge prin polii stelei de neutroni și viteza acesteia ar trebui să scadă. Aceasta înseamnă că cu cât un pulsar este mai rapid, cu atât este mai tânăr, cu atât va pierde mai repede energie și va încetini.

Cel mai rapid pulsar cunoscut este crustaceul din Nebuloasa Crustaceului și este probabil cel mai tânăr pe care l-am putut observa până acum, deoarece steaua de neutroni din nebuloasă s-a format în urmă cu doar 900 de ani printr-o explozie de supernova. În momentul formării sale, pulsarul din Nebuloasa Crustaceului s-a rotit probabil în jurul axei sale de 1000 de ori pe secundă, pierzând rapid energia. În primii 900 de ani de existență, mai mult de 97% din energia sa a curs și acum se rotește doar de 30 de ori pe secundă. Probabil pulsarul va continua să încetinească din ce în ce mai mult.

Perioada crustaceului din Nebuloasa Crustaceelor ​​a fost studiată cu atenție și s-a constatat că încetinește rotația exact așa cum a prezis aurul. În fiecare zi, perioada sa crește cu 36,48 miliarde de fracțiuni de secundă și, în acest ritm, se va dubla o dată la 1.200 de ani. Același fenomen este observat și în alte pulsare, ale căror perioade sunt mai lungi decât cea a pulsarului din Nebuloasa Crustaceului și rata lor de decelerare este mai lentă. Primul pulsar deschis, denumit acum CP 1919, are o perioadă de 40 de ori mai mare decât cea a crustaceului din Nebuloasa Crustaceului, iar rata de încetinire a acestuia este de așa natură încât perioada se va dubla o dată la 16 milioane de ani. Când pulsarul începe să se rotească mai încet, impulsurile emise de acesta slăbesc. În perioade care depășesc 4 secunde, pulsarii se vor slăbi într-o asemenea măsură încât nu vor fi detectabili. Cu toate acestea, pulsarii rămân într-o stare în care pot fi detectați zeci de milioane de ani.

Ca urmare a studiului decelerării pulsului astăzi, astronomii știu acum cu siguranță că pulsarii sunt stele de neutroni.

Uneori pulsarul își poate accelera brusc perioada, creșterea este foarte mică, dar apoi tendința de încetinire continuă. Acest fenomen a fost descoperit în februarie 1969, când perioada pulsarului Vela X-1 [1] (situat în rămășița supernei, care a erupt acum 15.000 de ani în constelația Sails) s-a schimbat brusc. Schimbarea bruscă a perioadei a fost numită în glang glitch de cuvântul german-european care înseamnă „alunecare”, iar mai târziu termenul a intrat în terminologia științifică.

Unii astronomi sugerează că această alunecare este rezultatul tremurărilor stelelor, adică. de redistribuire a maselor în steaua de neutroni, exprimată într-o scurtare a diametrului său cu aproximativ un centimetru sau mai puțin. Sau poate se datorează unui meteor uriaș care se prăbușește în steaua de neutroni și îi adaugă energia la rotație.

Desigur, nu există niciun motiv să credem că electronii emiși de steaua de neutroni pierd energie doar sub formă de radiații cu microunde. De asemenea, vor transmite în alte benzi ale spectrului. Vor fi emise și raze X, așa cum este cazul Nebuloasei Crustaceelor. Aproximativ 10-15% din emisia de raze X a nebuloasei se datorează stelei de neutroni din ea. Restul de 85% sau mai mult provine din gaz turbulent. Acest fapt îi dezamăgise pe acei astronomi care începuseră să caute o stea de neutroni în Nebuloasa Crustaceului încă din 1964.

De asemenea, steaua neutronică clipește în intervalele vizibile ale spectrului. În 1969, astronomii au descoperit că o stea hexadecimală slabă din Nebuloasa Crab și-a schimbat luminozitatea la intervale foarte precise egale cu intervalele impulsurilor de microunde. Aceste impulsuri și timpul dintre ele au fost atât de scurte încât a fost nevoie de noi echipamente specializate pentru a le captura. Când a fost privită cu un telescop obișnuit, steaua părea să aibă o strălucire constantă. Steaua de neutroni din Nebuloasa Crustaceelor ​​a fost primul pulsar optic care a fost descoperit - prima și singura stea de neutroni văzută vreodată.

[1] Vela este numele latin al constelației Sails, care se află pe cerul sudic și nu poate fi observat din Bulgaria. Adăugarea X-1 înseamnă că aceasta este prima sursă de raze X înregistrată în constelația respectivă. - B.ed. ↑