Що е то "бяла дупка"?

В предишната публикация споменах накратко за т.нар. "бяла дупка" и сега, в отговор на коментар на Станислав Янков, пускам малко повече информация за това какво е бяла дупка.

Бялата дупка всъщност не е точна противоположност на черната. Това е така, защото бялата се получава от черната като обърнем времето (time reversal). При тази трансформация ускорението не променя знака си (инвариантно е), т.е. и двете дупки привличат материя. Разликата идва при хоризонта на събитията.

Хоризонтът на черната дупка поглъща материя, докато хоризонтът на бялата дупка "излъчва" материя, привличайки я! С други думи, хоризонтът на бялата дупка се отдръпва от падащата към нея материя (което прилича на излъчване). Стига се момент, в който хоризонтът на бялата дупка се свива до сингулярността, при което дупката изчезва. Извод: Там, където има материя, не може да съществуват бели дупки.

Бялата дупка се среща само в абстрактния математически свят, при решение на уравнения, описващи т.нар. червейна дупка на Schwarzschild (или мост на Айнщайн-Розен) във вакуум. Това представлява черна дупка, свързана с бяла дупка чрез тунел през пространство-времето. Това решение на уравненията обаче няма смисъл в реалната Вселена, защото черната дупка никога не е във вакуум: тя се образува при колапс на звезда, т.е. при присъствие на материя. Когато включим материята в уравненията, белите дупки изчезват от уравненията.

Дали съществуват самостоятелни бели дупки? Това не е много вероятно, понеже се нарушава втория закон на термодинамиката.

Съществува обаче теория, според която щом се роди черна дупка някъде във Вселената, вътре в нея става "голям взрив", при което се образува нова вселена. Тази вселена се разширява в други измерения, отвъд нашите и невидими за нас. Материята, която е погълната от черната дупка в нашата вселена става материя, която изгражда новата вселена. Разширението на новата вселена може да се разглежда като "бяла дупка". Тази бяла дупка обаче няма конкретни координати, а хоризонтът на събитията й съвпада с космологичния хоризонт на новата вселена. Интересна теория, която обаче не може да бъде доказана в момента.

Допълнителна информация (на английски):
New Theory: Universe Was Born in a Black Hole (Space.com)
Schwarzschild wormhole (Andrew Hamilton's Homepage)

Бяла дупка

Кое е обратното на черната дупка? Бялата дупка, разбира се!

Бялата дупка е такъв обект, който не позволява на светлината да влиза в него. И досущ като черната, и тя си има хоризонт на събитията. Разликата е, че симулирането му е много лесно (за разлика от хоризонта на събитията на черната дупка).

Както се вижда на снимката, при водната струя се образува гладка кръгла зона, в която водата се движи със скорост по-голяма от тази на вълните, поради което никакви вълни не могат да навлязат там. Вълни се образуват в момента, в който скоростта на водата стане по-малка от тази на вълните. Хоризонтът на събитията е на границата между гладката зона и вълните.

________
От Scientific American

Изкуствен хоризонт на събитията

Британски учени от университета St. Andrews в Шотландия са създали изкуствен хоризонт на събитията в лаборатория. Това ще позволи да бъде изучен един от най-големите феномени във Вселената: черната дупка.

Черната дупка е голяма маса, концентрирана в една точка (сингулярност). При това времепространството около нея се изкривява до такава степен, че всичко попаднало отвъд хоризонта на събитията изчезва завинаги. Или поне така се предполагаше, докато Стивън Хокинг не доказа математически, че черните дупки губят маса при процес, наречен изпарение. Този процес не е наблюдаван, но се предполага, че е най-забележим при мини черните дупки. Такива може да бъдат създадени в LHC на CERN, който ще заработи по-късно тази година.

Британските учени са симулирали ефекта на преминаване на светлина зад хоризонт на събитията като пуснали в оптично влакно два лъча светлина. Единият е постоянен и бавен, а другият — кратък и бърз (светлината се движи с различна скорост в дадена среда в зависимост от характеристиките на вълната). Бързият лъч трябвало да настигне и изпревари бавния, но бавният променил оптичните свойства на влакното, в резултат на което бързият лъч бил значително забавен и не успял да задмине бавния. Това се случва и при преминаването на хоризонта на събитията: светлината се забавя дотолкова, че бива хваната в капана на черната дупка.

Щом учените се научат да симулират хоризонт на събитията в лабораторни условия, те ще могат да го изучат и да разберат в крайна сметка правилна ли е теорията на Стивън Хокинг за изпарението. А от там ще се доближим с още една стъпка към заветната теория на всичко.

Още по темата в: Space.com; UniverseToday; Telegraph.co.uk

________
Снимка: светлина в оптично влакно, Space.com

Слънцето, част ІІI — Слънцето сега

Днес Слънцето е звезда на средна възраст със следните характеристики:

Възраст: 4,55 милиарда години
Маса: 1,989 × 10^30 kg
Радиус: 695 000 km
Яркост: 3,83 × 10^26 W
Температура: 5779°К
Гориво: 50% от водорода в ядрото е изгорен

Днешното Слънце е съставено от около 70% водород, 28% хелий и по-малко от 2% други по-тежки елементи. Това съотношение се променя с времето заради термоядрения синтез на водород в хелий.

Външните слоеве на нашата звезда се въртят с различни скорости, понеже тя не е твърдо тяло. Периодът на въртене на екватора е 25,4 дни, а на полюсите — 36 дни. Към центъра тази разлика намалява, а ядрото се държи като твърдо тяло.

Условията в ядрото на Слънцето са екстремни: температура от 15,6 милиона Келвина и налягане от 250 милиарда атмосфери. В центъра плътността е повече от 150 пъти тази на водата.

Повърхността на Слънцето се нарича фотосфера. Температурата й е 5779°К. Често се наблюдават слънчеви петна, чиято температура е само 3800°К. Техният диаметър може да достигне 50 000 km. Механизмът на образуването им все още не е изцяло известен.

На милиони километри в пространството около Слънцето се простира короната. Тя може да се види само по време на пълно слънчево затъмнение, а температурата й е над 1 000 000°К. Защо? Това е загадка.

Магнитното поле на Слънцето е много сложно. То се простира много отвъд орбитата на Плутон и е известно като магнитосфера или хелиосфера.

Освен топлина и светлина, Слънцето е източник на т. нар. слънчев вятър. Това е поток от заредени частици (протони, електрони), движещи се с много висока скорост (600 km/s). По време на слънчеви избухвания се освобождават и много по-високо енергийни частици (рентгенови и гама-лъчи), които оказват силно влияние на Земята. Причиняват смущения в радиосигналите, проблеми с електроразпределителните мрежи, както и красивите небесни сияния в полярните области на планетата ни.

Отделяната от Слънцето енергия не винаги е постоянна. Известно е, че съществува 11-годишен цикъл на слънчева активност. През този цикъл звездата ни минава от сравнително спокоен период до активен период с повече слънчеви петна и избухвания. В момента сме в началото на новия активен период.

________
Изображения:
1. Снимка на гигантски протуберанс, направена на 14 септ. 1999 г. от космическата обсерватория за наблюдение на Слънцето SOHO;
2. Снимка на слънчевата корона по време на пълното слънчево затъмнение през 1999 г. Автор: © Luc Viatour GFDL/CC.

CERN в 3 минути

via CERNTV@YouTube

Пълно лунно затъмнение

Преди почти една година публикувах този превод на статия от SCIENCE@NASA. Поводът бе пълното лунно затъмнение на 3 март 2007.

Утре, 21 февруари, ще наблюдаваме поредното лунно затъмнение. То ще започне в 5:01 и ще свърши в 5:51. Следващото такова явление ще е чак през 2010 г.

Представи си това: Годината е 2025 и ти си на Луната. „Вкъщи” е на 100 метра — станция на ръба на кратера Шакелтон. НАСА е започнала да я строи преди пет години и тя сега се разраства бързо. Ти си от строителите.

Винаги в тези полярни райони Слънцето виси ниско над назъбения лунен хоризонт. Настройваш визьора си и се удивляваш колко силно може да свети ниското Слънце, когато липсва атмосфера да го затъмни. Изведнъж светлината изгасва. В небето голям черен диск покрива Слънцето. Появява се червен „огнен пръстен” на мястото, където до преди малко то е било, и земята под краката ти се оцветява в червено.

Ти го очакваше. Това е затъмнение. Астронавтите на Луната ще стават свидетели на слънчеви затъмнения веднъж или два пъти в годината: Земята се плъзга пред Слънцето и превръща лунния ден в странна яркочервена нощ. Това ще е кулминацията на всяка туристическа лунна обиколка.

Чарът на затъмнението идва от Земята. Планетата ни е достатъчно голяма (около три пъти в повече), за да покрие изцяло Слънцето, но дори това не предизвиква пълен мрак! Слънчевите лъчи се пречупват през атмосферата на Земята. Гледано от Луната, ръбът на Земята ще засвети като пръстен с цвят на залязващо слънце — едно от най-красивите неща в Слънчевата система.

Не можеш да чакаш до 2025? Следващото затъмнение е зад ъгъла: събота, 3 март, 2007. Тук на Земята не можеш да видиш пръстена от огън, но можеш да видиш червения отенък върху повърхността на Луната. Феноменът ще се вижда от части от всичките седем континента.

Изгряващата Луна често се оцветява в червено заради атмосферата ни, но тази Луна ще има невероятен тъмно червен цвят, който се вижда само при лунно затъмнение. Докато я гледаш как пълзи по нощния небосклон се замисли какво ще е усещането да си до кратера Шакелтон и да гледаш в другата посока.

Това не е чак такава фантастика. НАСА планира да изпрати астронавти на Луната преди 2020 година*. От полярната им базова станция хората ще изследват спътника ни за ресурси, чрез които ще могат да живеят там. Ще изучават лунната геология, откривайки повече за уникалния потенциал на Луната да разкрие древните тайни на Земята и Слънчевата система. Те също ще изпитват технологии, нужни за бъдеща мисия до Марс.

И понякога, когато земята под краката им почервенява, те ще се спират и ще поглеждат нагоре към светещия пръстен в небето. Трети март е хубава дата да си представиш всичко това!

Както е и 21 февруари :)

________
* Годината 2020 за връщане на Луната не е особено реалистична.
Изображение: Диаграма на затъмнението за нашата часова зона (GMT +2), NASA
Информация от NASA за пълното лунно затъмнение на 21 февруари.

Слънцето, част ІІ — Младото Слънце

Свиването на протослънцето продължило около 100 милиона години, когато температурата в центъра му достигнала критичните 15 милиона градуса по Келвин¹. Тогава започнал термоядрен процес, при който водородните атоми се съединяват в хелий и се отделя голямо количество топлина. Слънцето се запалило и се родило.

Енергията, освобождавана от синтеза на хелий, повишила вътрешното налягане и настъпило хидростатично равновесие, при което свиването на Слънцето под действието на гравитационното привличане спряло. Слънчевата светлина и вятър издухали оставащия газ и прах, освен в екваториалната област на протопланетарния диск.

Няколко милиона години по-късно младото Слънце изчистило пространството около себе си и заедно с осемте планети² и милионите други малки тела изградило Слънчевата система.

Запалването на водорода станало преди 4,5 милиарда години. Слънцето има достатъчно гориво, за да живее стабилно общо 11 милиарда години. Младото Слънце било малко по-малко, по-бледо и по-студено от сегашното.

________
¹ - Градусите по Келвин са същите като тези по Целзий, но началото на скáлата е абсолютната нула (0°К = –273,15°С), при която спират всякакви термодинамични процеси. Частиците спират да трептят.

² - На 24 август 2006 г. Международният астрономически съюз дефинира за пръв път понятието "планета" и прекласифицира Плутон, смятаната дотогава за девета планета, като планета-джудже.
Изображение: Рисунка, представяща хипотетична млада звезда и образуващи се газови планети. Credit: NASA/JPL-Caltech/T. Pyle (SSC)

Слънцето, част І — Протослънцето

Общоприетата хипотеза за образуването на Слънцето и Слънчевата система е хипотезата за газо-праховата мъглявина. Според нея, преди около 4.6 милиарда години тук е имало тъмна мъглявина с размери няколко светлинни години, съставена от студени молекули водород. По едно време експлозии на много големи близки звезди (свръхнови) причинили ударни вълни, които, минавайки през първичния облак, създали области с повишена плътност. Водородът започнал да се концентрира, което увеличило силата на гравитацията на тези области. С времето те ставали все по-плътни и по-горещи, докато накрая не се обособили като самостоятелни ядра, дистанцирани от останалия водород. Смята се, че от първичната мъглявина са се образували няколко звезди.

Една от тези области дала началото на Слънчевата система. Предполага се, че диаметърът й бил около 10-20 хиляди астрономически единици (astronomical unit, AU¹), масата й — много малко по-голяма от тази на Слънцето, а съставът — 98% водород от времето на Големия взрив и 2% по-тежки елементи от експлодирали големи стари звезди.

Със свиването си облакът започнал да се върти все по-бързо, молекулите се блъскали все по-често и все по-силно, започнала да се отделя топлина и центърът станал многократно по-горещ от останалата част. Родила се протозвезвда, която не можела да се види заради гъстия облак от газ и прах. Само инфрачервената светлина минавала безпрепятствено през облака. Около горещото протослънце се обособил тънък въртящ се протопланетарен диск с диаметър 200 а.е., от който в последствие се образували планетите.

________
¹ - 1 AU = 150 млн. км — разстоянието от Земята до Слънцето в момента.
Изображения:
1. Стълбовете на сътворението, област на активно звездообразуване. Снимка: Hubble
2. Протопланетарен диск в газо-прахова мъглявина. Изображение: NASA