Чёрная дыра

Неизвестность белых дыр в космосе

На сегодня неизвестны физические объекты, которые можно достоверно считать белыми дырами. Более того, неизвестны и теоретические механизмы их образования помимо реликтового — сразу после Большого взрыва, а также весьма спорной идеи, которую невозможно подтвердить расчётами, что белые дыры могут образовываться при выходе из-за горизонта событий вещества чёрной дыры, находящейся в другом времени. Нет и предпосылок по методам поиска белых дыр. Исходя из этого, белые дыры считаются сейчас абсолютно гипотетическими объектами, допустимыми теоретически общей теорией относительности, но вряд ли существующими во Вселенной, в отличие от чёрных дыр.

Фотография чёрной дыры

Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики М 87. Это первое в истории человечества качественное изображение тени чёрной дыры, полученное напрямую в радиодиапазоне (Event Horizon Telescope).

Слияние чёрных дыр

Компьютерное симулирование слияния двух чёрных дыр, от которого впервые были зарегистрированы гравитационные волны.

Изображение сверхмассивной чёрной дыры

10 апреля 2019 года впервые была сфотографирована сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики Messier 87, расположенной на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли.

Сценарии образования чёрных дыр

Различают пять сценариев образования чёрных дыр.

1. Впервые явление интерференции было независимо обнаружено Гримальди (для луча, прошедшего через два близких отверстия), Робертом Бойлем и Робертом Гуком (для интерференции в тонких слоях прозрачных сред, таких как мыльные плёнки, тонкие стенки стеклянных шаров, тонкие листки слюды; они наблюдали при этом возникновение разноцветной окраски; при этом Гук заметил и периодическую зависимость цвета от толщины слоя). Гримальди впервые и связал явление интерференции с идеей волновых свойств света, хотя ещё в довольно туманном и неразвитом виде.

2. В 1801 году Томас Юнг (1773—1829 гг.), введя принцип суперпозиции, первым дал достаточно детальное и, по сути, не отличающееся от современного объяснение этого явления и ввёл в научный обиход термин интерференция (1803). Он также выполнил демонстрационный эксперимент по наблюдению интерференции света, получив интерференцию от двух щелевых источников света (1802); позднее этот опыт Юнга стал классическим.

Конкретный вид такого распределения интенсивности света в пространстве или на экране, куда падает свет, называется интерференционной картиной.

Интерференция света — опыт Юнга

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 10 октября 2019 года; проверки требуют 18 правок.

Свет и тень: выбор правильного света для выращивания растений

Поскольку явление интерференции прямо зависит от длины волны, то при интерференции света, содержащего различные спектральные составляющие (цвета), например, белого света, происходит разделение этих спектральных составляющих, глазом видимые в случае белого света как радужные полосы.

Выбор правильного освещения для тепличного растениеводства

Многие коммерческие тепличники до сих пор придерживаются мнения, что лампы HPS являются лучшими для выращивания. Тем не менее, рассмотрим утверждение о том, что хорошие светодиодные лампы должны быть выбором для средних и крупных теплиц.

Ненавистники скажут, что это вранье, а гроверы старой школы будут настаивать на натриевом освещении высокого давления (HPS), потому что оно отлично работало в течение десятилетий! Но на сегодняшний день, правда заключается в том, что светодиодное освещение для выращивания, несомненно, вызывает большие волнения в индустрии — и на то есть веские причины!

Натриевые лампы высокого давления с течением времени заслужили свое звание тяжеловеса из-за высокого значения микромолей, но в последнее время на ринг выходит много отличных коммерческих светодиодных ламп, которые значительно превосходят то, что предлагает освещение HPS со спектрами, которые можно более точно настроить, производя гораздо меньшее тепло и предлагают более низкую потребляемую мощность.

При выборе правильного света для выращивания любого растения любого сорта есть несколько основных принципов, на которые мы должны обратить внимание, чтобы выбрать правильный свет.

Таблица

Направления исследований в физике чёрных дыр

Горизонт событий будущего является необходимым признаком чёрной дыры как теоретического объекта. Горизонт событий сферически-симметричной чёрной дыры называется сферой Шварцшильда и имеет характерный размер, называемый гравитационным радиусом.

Столкновение чёрных дыр и излучение гравитационных волн

Существование таких линий в рамках общей теории относительности было впервые вынесено на обсуждение Куртом Гёделем в 1949 году на основании полученного им точного решения уравнений Эйнштейна, известного как метрика Гёделя. Подобные кривые возникают и в других решениях, таких как цилиндр Типлера и проходимая кротовая нора. Существование замкнутых временеподобных кривых позволяет совершать путешествия во времени со всеми связанными с ними парадоксами. В пространстве-времени Керра также существуют замкнутые времениподобные кривые, на которые можно попасть из нашей Вселенной: они отделены от нас горизонтом, однако могут выходить в другие вселенные этого решения. Тем не менее, вопрос об их действительном существовании в случае реального коллапса космического тела пока не решён.

Гипотеза о защищенности хронологии

Часть физиков предполагает, что будущая теория квантовой гравитации наложит запрет на существование замкнутых времениподобных линий. Эту идею Стивен Хокинг назвал гипотезой о защищённости хронологии (англ. chronology protection conjecture).

Исчезновение информации в чёрной дыре

Исчезновение информации в чёрной дыре представляет серьезнейшую проблему, стоящую перед квантовой гравитацией, поскольку оно несовместимо с общими принципами квантовой механики.

В рамках классической (неквантовой) теории гравитации чёрная дыра — объект неуничтожимый. Она может только расти, но не может ни уменьшиться, ни исчезнуть совсем. Это значит, что в принципе возможна ситуация, что попавшая в чёрную дыру информация на самом деле не исчезла, она продолжает находиться внутри чёрной дыры, но просто ненаблюдаема снаружи. Иная разновидность этой же мысли: если чёрная дыра служит мостом между нашей Вселенной и какой-нибудь другой вселенной, то информация, возможно, просто перебросилась в другую вселенную.

Однако, если учитывать квантовые явления, гипотетический результат будет содержать противоречия. Главный результат применения квантовой теории к чёрной дыре состоит в том, что она постепенно испаряется благодаря излучению Хокинга. Это значит, что настанет такой момент, когда масса чёрной дыры снова уменьшится до первоначального значения (перед бросанием в неё тела). Таким образом, в результате становится очевидно, что чёрная дыра превратила исходное тело в поток разнообразных излучений, но сама при этом не изменилась (поскольку она вернулась к исходной массе). Испущенное излучение при этом совершенно не зависит от природы попавшего в неё тела. То есть чёрная дыра уничтожила попавшую в неё информацию, что математически выражается как неунитарность эволюции квантового состояния дыры и окружающих её полей.

В этой ситуации становится очевидным следующий парадокс. Если мы рассмотрим то же самое для падения и последующего испарения квантовой системы, находящейся в каком-либо чистом состоянии, то — поскольку чёрная дыра сама не изменилась — получим преобразование исходного чистого состояния в тепловое (смешанное) состояние. Такое преобразование, как уже было сказано, неунитарно, а вся квантовая механика строится на унитарных преобразованиях. Таким образом, эта ситуация противоречит исходным постулатам квантовой механики.

Свойства излучения Хокинга

Излучением Хокинга называют гипотетический процесс испускания разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, чёрной дырой. Температуры известных астрономам чёрных дыр слишком малы, чтобы излучение Хокинга от них можно было бы зафиксировать — массы дыр слишком велики. Поэтому до сих пор эффект не подтверждён наблюдениями.

Растения нуждаются в определенной интенсивности света для нормального развития. Светодиодные лампы обеспечивают равномерное распределение света на растения, не рассеивая его, в то время как ДНАТ-лампы рассеивают свет, что может потребовать расположения их на большем расстоянии от культуры.

Выводы

При выращивании растений под коммерческим освещением важно учитывать множество факторов, включая интенсивность света, тепловыделение и потребление энергии. Сравнение светодиодных ламп и ламп ДНАТ показывает, что светодиоды являются более энергоэффективными, экономичными и обеспечивают равномерное распределение света на растения.

Исходя из этого, выбор светодиодного освещения для выращивания растений в коммерческих целях может быть более выгодным в долгосрочной перспективе. Рекомендуется обратить внимание на светодиодные светильники с уровнем PPFD 2100 мкмоль/с, которые быстро окупят свою стоимость за счет энергоэффективности и экологичности.

Светораспределение ламп ДНАТ превосходно. Они могут покрывать большую площадь и располагаться дальше друг от друга, однако это не всегда идеально. Вы получаете горячие и холодные точки, где свет интенсивен, а затем резко падает. Гораздо сложнее добиться равномерного покрытия – это как раз то, что предлагают светодиодные светильники. Из-за того, что угол падения света в светодиодных лампах практически не распространяется, садоводы вынуждены размещать их очень близко друг к другу. Частое и равномерное расположение на потолке светодиодных светильников, позволяет вам иметь чрезвычайно равномерное освещение с небольшими горячими и холодными точками.

Рисунок. Распространение света ДНАТ

Рисунок. Распространение светодиодного света

В итоге какой свет лучше для растений?

Если у вас небольшая оранжерея, вы ограничены в средствах или живете в холодном регионе, то ДНАТ — отличный выбор!

Тем не менее, в лампах ДНАТ (где излучение исходит из смеси газов) нет возможности подобрать правильный спектр, в отличие от светодиодных ламп (в которых добавлен правильный спектр).

Мы знаем, что светодиодные светильники холоднее, обеспечивают лучшее распределение света и дешевле в эксплуатации. Единственным существенным недостатком является их цена, поэтому LED является явным чемпионом в супертяжелом весе.

Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр

Решения уравнений Эйнштейна для чёрных дыр с соответствующими характеристиками:

Теоремы об «отсутствии волос»

Первое моделирование аккреационного диска горячей плазмы, вращающегося вокруг чёрной дыры, 1979 год.

Решением Шварцшильда точно описывается изолированная невращающаяся, незаряженная и не испаряющаяся чёрная дыра (это сферически симметричное решение уравнений гравитационного поля (уравнений Эйнштейна) в вакууме). Её горизонт событий — это сфера, радиус которой, определённый из её площади по формуле называется гравитационным радиусом или радиусом Шварцшильда.

где — гравитационная постоянная, а — скорость света. Чёрная дыра с массой, равной массе Земли, обладала бы радиусом Шварцшильда около (то есть Земля могла бы стать чёрной дырой, если бы что-либо смогло сжать её до такого размера). Для Солнца радиус Шварцшильда составляет примерно 3 км.

Объекты, размер которых наиболее близок к своему радиусу Шварцшильда, но которые ещё не являются чёрными дырами, — это нейтронные звёзды.

Средняя плотность падает с ростом массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) обладает средней плотностью порядка 20 кг/м³, что в 50 раз меньше плотности воды. Таким образом, чёрную дыру можно получить не только сжатием имеющегося объёма вещества, но и экстенсивным путём — накоплением огромного количества материала.

Метрическое описание и аналитическое продолжение

— временна́я координата, в секундах, — радиальная координата, в метрах, — полярная угловая координата, в радианах, — азимутальная угловая координата, в радианах, — радиус Шварцшильда тела с массой , в метрах.

Временна́я координата соответствует времениподобному вектору Киллинга , который отвечает за статичность пространства-времени, при этом её масштаб выбран так, что — это время, измеряемое бесконечно удалёнными покоящимися часами (). Часы, закреплённые на радиальной координате без вращения (), будут идти медленнее этих удалённых в раз за счёт гравитационного замедления времени.

Геометрический смысл состоит в том, что площадь поверхности сферы есть Важно, что координата принимает только значения, бо́льшие а значение параметра , в отличие от лапласовского случая, не является «расстоянием до центра», так как центра как точки (события на действительной мировой линии какого-либо тела) в шварцшильдовском пространстве вообще нет.

Наконец, угловые координаты и соответствуют сферической симметрии задачи и связаны с её 3 векторами Киллинга.

Из основных принципов ОТО следует, что такую метрику создаст (снаружи от себя) любое сферически симметричное тело с радиусом и массой Замечательно, хотя и в некоторой степени случайно, что величина гравитационного радиуса — радиус Шварцшильда — совпадает с гравитационным радиусом вычисленным ранее Лапласом для тела массы

Как видно из приведённой формы метрики, коэффициенты при и ведут себя патологически при , где и располагается горизонт событий чёрной дыры Шварцшильда — в такой записи решения Шварцшильда там имеется координатная сингулярность. Эти патологии являются, однако, лишь эффектом выбора координат (подобно тому, как в сферической системе координат при любое значение описывает одну и ту же точку). Пространство Шварцшильда можно, как говорят, «продолжить за горизонт», и если там тоже считать пространство везде пустым, то при этом возникает бо́льшее пространство-время , которое называется обычно максимально продолженным пространством Шварцшильда или (реже) пространством Крускала.

Рис. 1. Сечение пространства Шварцшильда. Каждой точке на рисунке соответствует сфера площадью Радиальные светоподобные геодезические (то есть мировые линии фотонов) — это прямые под углом 45° к вертикали, иначе говоря — это прямые или

Чтобы покрыть это большее пространство единой координатной картой, можно ввести на нём, например, координаты Крускала — Шекерса. Интервал в этих координатах имеет вид

где а функция определяется (неявно) уравнением Пространство максимально, то есть его уже нельзя изометрически вложить в большее пространство-время (его нельзя «продолжить»). Исходное пространство является всего лишь частью при — область I на рисунке. Тело, движущееся медленнее света — мировая линия такого тела будет кривой с углом наклона к вертикали меньше 45°, см. кривую на рисунке — может покинуть При этом оно попадает в область II, где Покинуть эту область и вернуться к оно, как видно из рисунка, уже не сможет (для этого пришлось бы отклониться более, чем на 45° от вертикали, то есть превысить скорость света). Область II, таким образом, представляет собой чёрную дыру. Её граница (ломаная, ) соответственно является горизонтом событий.

Отметим несколько замечательных свойств максимально продолженного Шварцшильдовского пространства

Рис. 2. Сечения пространства Шварцшильда в разные моменты времени (одно измерение опущено).

Решение Рейснера — Нордстрёма

Это статичное решение (не зависящее от временной координаты) уравнений Эйнштейна для сферически-симметричной чёрной дыры с зарядом, но без вращения.

Метрика чёрной дыры Рейснера — Нордстрёма:

где — постоянная Кулона.

Эргосфера вокруг керровской чёрной дыры

Параметры чёрной дыры не могут быть произвольными. Угловой момент ЧД не должен превышать , что тоже представляет собой частный случай ограничения Керра — Ньюмена, на этот раз для чёрной дыры с нулевым зарядом (, см. ниже). В предельном случае метрика называется предельным решением Керра.

Решение Керра — Ньюмена

Трёхпараметрическое семейство Керра — Ньюмена — наиболее общее решение, соответствующее конечному состоянию равновесия не возмущаемой внешними полями чёрной дыры (согласно теоремам об «отсутствии волос» для известных физических полей). В координатах Бойера — Линдквиста (Boyer — Lindquist) и геометрических единицах метрика Керра — Ньюмена даётся выражением:

где ; и , где — момент импульса.

Из этой формулы легко вытекает, что горизонт событий находится на радиусе и, следовательно, параметры чёрной дыры не могут быть произвольными: электрический заряд и угловой момент не могут быть больше значений, соответствующих исчезновению горизонта событий. Должны выполняться следующие ограничения:

— это ограничение для ЧД Керра — Ньюмена.

Для чего растениям красный свет?

— это свет для выращивания растений, который кажется красным по цвету и имеет длину волны 600–700 нанометров (нм). Эти лампы часто используются для выращивания в помещении, особенно для цветущих растений.

Свет чрезвычайно важен в жизни растения, поскольку он помогает растению производить хлорофилл и подвергаться фотосинтезу. Хотя уличные растения обычно получают естественный свет во всем спектре света, растения, выращиваемые в помещении, иногда могут получать недостаточное количество света необходимой длины волны. Многие садоводы используют лампы для выращивания, чтобы дополнить свет, который получают их растения.

Спектр света, излучаемого солнцем, особенно спектр видимого света, излучает свет семи различных цветов (красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго, фиолетовый). Цвета на дальних концах этого спектра играют ключевую роль в здоровье и размножении растений. Например, синий свет напрямую влияет на выработку хлорофилла, поэтому растения, выращенные под синим светом, будут иметь крепкие листья и стебли. С другой стороны, красный свет отвечает за образование цветов и плодов, а также очень важен в начале жизни растения для роста семян и корней.

Нерешённые проблемы физики чёрных дыр

Стебель растения состоит из узлов. Узлы соединяют листья растения со стеблями. Междоузлия – это промежутки между узлами растения. Междоузлие определяет, насколько высокими в конечном итоге вырастут стебли растения.

Чрезмерное расстояние между узлами часто приводит к ослаблению стеблей, которые не могут удерживать большие бутоны или цветы. Некоторые растения и сорта имеют репутацию вырастающих длинными и долговязыми. Такие растения имеют чрезмерное междоузлие.

Растения, которые известны большим расстоянием между узлами, будут иметь более длинные и высокие стебли, но могут потребовать подвязки на стадии роста бутонов и цветков. Чрезмерное междоузлие, также известное как вытягивание, делает ветви более склонными к изгибу и поломке.

Знание какими должны быть узлы растений и междоузлия полезно для садовода, потому что они могут быть надежным индикатором того, когда и где пришло время обрезать. Эти знания также играют роль, когда приходит время клонировать растения. Например, обрезка в определенных узлах и междоузлиях помогает садоводам получить более желаемое ветвление, что может увеличить общий урожай, производимый растением.

Расстояние между узлами может до некоторой степени контролироваться садоводом, если он уменьшит разницу между дневной температурой и ночной температурой в теплице. Плохое освещение также увеличивает междоузлия. Считается, что междоузлия увеличиваются, когда растение вытягивает стебель в попытке добиться большего освещения. Это только одна из причин, по которой растения всегда должны получать обильное освещение, так как обильное освещение сузит междоузлия растения. (Растение станет более компактным, занимая меньше места.)

Несколько других факторов, таких как циркуляция воздуха, влияют на расстояние между узлами. Если растение получает достаточную циркуляцию воздуха вокруг своих стеблей, у него с большей вероятностью разовьются более широкие (толстые) узлы, а не более удаленные или удлиненные узлы. Помимо этого, синий свет препятствует чрезмерному промежутку между узлами.

Интерференция света в тонких плёнках

Интерференция в тонкой плёнке. — угол падения, — угол преломления, жёлтый луч отстанет от оранжевого, они сводятся глазом в один и интерферируют.

Изменение фазы проходящего через плёнку луча, в общем случае, зависит от показателя преломления плёнки и окружающих её сред. Кроме того, надо учитывать, что свет при отражении от оптически более плотной среды меняет свою фазу на половину периода. Так, например, в случае для воздуха ( ≈ ), окружающего тонкую масляную плёнку ( ≈ ), луч, отражённый от внешней поверхности будет иметь сдвиг фазы , а от внутренней — не будет. Интерференция будет конструктивной, если итоговая разница между пройденными этими лучами путями на поверхности плёнки будет составлять полуцелое число длин волн в плёнке .

Для деструктивной интерференции в данном примере необходимо, чтобы разность фаз между лучами была кратна .

Полное гашение лучей произойдет для толщин плёнки:

Если нм, то длина этой волны в масляной плёнке нм.

Интерференция света на мыльном пузыре

При формула даёт результат нм — и это минимальная толщина плёнки для данных условий для образования деструктивной интерференции.

Лучи соседних участков спектра по обе стороны от нм интерферируют не полностью и только ослабляются. Результирующее усиление одних частей спектра и ослабление других меняет окраску плёнки. Причем малейшие изменения толщины плёнки сразу же выражаются в смещении спектра наблюдаемого цвета — этот эффект легко продемонстрировать на примере с мыльным пузырём.

Явление интерференции наблюдается в тонком слое несмешивающихся жидкостей (керосина или масла на поверхности воды), в мыльных пузырях, бензине, на крыльях бабочек, в цветах побежалости, и т. д.

Чёрные дыры во Вселенной

Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа «чёрная дыра» ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. С математической точки зрения известно, что как минимум коллапс гравитационных волн в общей теории относительности устойчиво ведёт к формированию ловушечных поверхностей, а следовательно, и чёрной дыры, как доказано Деметриосом Кристодулу в 2000-х годах (Премия Шао за 2011 год).

С физической точки зрения известны механизмы, которые могут приводить к тому, что некоторая область пространства-времени будет иметь те же свойства (ту же геометрию), что и соответствующая область у чёрной дыры. Так, например, в результате коллапса звезды может сформироваться пространство-время, показанное на рисунке.

Коллапс звезды. Метрика внутри более затенённой области нам неизвестна (или неинтересна)

Чёрные дыры звёздных масс

Моделирование гравитационного линзирования чёрной дырой, которая искажает изображение галактики, перед которой она проходит. (Щёлкните, чтобы увидеть полноразмерную анимацию.)

Визуализация полного оборота вокруг чёрной дыры и её аккреционного диска по пути, перпендикулярному диску.

Чёрная дыра NGC 300 X-1 в представлении художника. Иллюстрация ESO.

Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды, после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс. В зависимости от массы звезды и вращательного момента возможны следующие конечные состояния:

По мере увеличения массы остатка звезды происходит движение равновесной конфигурации вниз по изложенной последовательности. Вращательный момент увеличивает предельные массы на каждой ступени, но не качественно, а количественно (максимум в 2—3 раза).

Некоторые ближайшие к Солнцу чёрные дыры

Сверхмассивные чёрные дыры

Радиогалактика Живописец A, виден джет рентгеновского излучения (синий) длиной 300 тыс. световых лет, исходящий из сверхмассивной чёрной дыры

Разросшиеся очень большие чёрные дыры, по современным представлениям, образуют ядра большинства галактик. В их число входит и массивная чёрная дыра в ядре нашей галактики — Стрелец A*, являющаяся ближайшей к Солнцу сверхмассивной чёрной дырой (26 тыс. св. лет).

Первичные чёрные дыры

Таким образом, все «элементарные объекты» можно разделить на элементарные частицы (их длина волны больше их гравитационного радиуса) и чёрные дыры (длина волны меньше гравитационного радиуса). Планковская чёрная дыра является пограничным объектом, для неё можно встретить название максимон, указывающее на то, что это самая тяжёлая из возможных элементарных частиц. Другой иногда употребляемый для её обозначения термин — планкеон.

В последнее время предложены эксперименты с целью обнаружения свидетельств появления чёрных дыр в ядерных реакциях. Однако для непосредственного синтеза чёрной дыры в ускорителе необходима недостижимая на сегодня энергия 1026 эВ. По-видимому, в реакциях сверхвысоких энергий могут возникать виртуальные промежуточные чёрные дыры.

Модель на базе теории струн

Теория струн допускает выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самих струн и других описываемых теорией объектов — бран, часть из которых имеют более трёх измерений. При этом чёрная дыра может быть составлена из струн и бран очень большим числом способов, а самым удивительным является то обстоятельство, что это число микросостояний ровно соответствует энтропии чёрной дыры, предсказанной Хокингом и его коллегой Бекенштейном в 1970-е годы. Это один из наиболее известных результатов теории струн, полученных в 1990-е годы.

Обнаружение чёрных дыр

В настоящее время единственный достоверный способ отличить чёрную дыру от объекта другого типа состоит в том, чтобы измерить массу и размеры объекта и сравнить его радиус с гравитационным радиусом, который задаётся формулой

Обнаружение сверхмассивных чёрных дыр

Наиболее надёжными считаются свидетельства о существовании сверхмассивных чёрных дыр в центральных областях галактик. Сегодня разрешающая способность телескопов недостаточна для того, чтобы различать области пространства размером порядка гравитационного радиуса чёрной дыры (помимо чёрной дыры в центре нашей Галактики, которая наблюдается методами радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой на пределе их разрешающей способности). Поэтому в идентификации центральных объектов галактик как чёрных дыр есть определённая степень допущения (кроме центра нашей Галактики). Считается, что установленный верхний предел размеров этих объектов недостаточен, чтобы рассматривать их как скопления белых или коричневых карликов, нейтронных звёзд или даже чёрных дыр обычной массы.

Существует множество способов определить массу и ориентировочные размеры сверхмассивного тела, однако большинство из них основано на измерении характеристик орбит вращающихся вокруг них объектов (звёзд, радиоисточников, газовых дисков). В простейшем и достаточно часто встречающемся случае обращение происходит по кеплеровским орбитам, о чём говорит пропорциональность скорости вращения спутника квадратному корню из большой полуоси орбиты:

В этом случае масса центрального тела находится по известной формуле

В ряде случаев, когда объекты-спутники представляют собой сплошную среду (газовый диск, плотное звёздное скопление), которая своим тяготением влияет на характеристики орбиты, радиальное распределение массы в ядре галактики получается путём решения т. н. бесстолкновительного уравнения Больцмана.

Непосредственные измерения размеров источников излучения

Основным методом поиска сверхмассивных чёрных дыр в настоящее время является исследование распределения яркости и скорости движения звёзд в зависимости от расстояния до центра Галактики. Распределение яркости снимается фотометрическими методами при фотографировании галактик с большим разрешением, скорости звёзд — по красному смещению и уширению линий поглощения в спектре звезды.

Имея распределение скорости звёзд можно найти радиальное распределение масс в галактике. Например, при эллиптической симметрии поля скоростей решение уравнения Больцмана даёт следующий результат:

где — скорость вращения, , и — радиальная и азимутальные проекции дисперсии скорости, — гравитационная постоянная, — плотность звёздного вещества, которая обычно принимается пропорциональной светимости.

Поскольку чёрная дыра имеет большую массу при низкой светимости, одним из признаков наличия в центре галактики сверхмассивной чёрной дыры может служить высокое отношение массы к светимости для ядра галактики. Плотное скопление обычных звёзд имеет отношение порядка единицы (масса и светимость выражаются в массах и светимостях Cолнца), поэтому значения (для некоторых галактик ), являются признаком наличия сверхмассивной чёрной дыры. Возможны, однако, альтернативные объяснения этого феномена: скопления белых или коричневых карликов, нейтронных звёзд, чёрных дыр обычной массы.

Измерение скорости вращения газа

В 1991 году вступил в строй инфракрасный матричный детектор SHARP I на 3,5-метровом телескопе Европейской южной обсерватории (ESO) в Ла-Силла (Чили). Камера диапазона 1—2,5 мкм обеспечивала разрешение 50 угловых мкс на 1 пиксель матрицы. Кроме того, был установлен 3D-спектрометр на 2,2-метровом телескопе той же обсерватории.

К 1996 году были известны более 600 звёзд в области диаметром около парсека (25") вокруг радиоисточника Стрелец А*, а для 220 из них были надёжно определены радиальные скорости. Оценка массы центрального тела составляла 2—3⋅106 масс Солнца, радиуса — 0,2 св. года.

Наиболее точные современные оценки расстояния до центра галактики дают

Пересчёт массы центрального тела при изменении оценки расстояния производится по формуле

Наблюдение процессов приливного разрушения звёзд

Правильный светильник для выращивания предлагает правильный спектр для наших любимых растений на разных этапах жизни, интенсивное проникновение света, низкое тепловыделение и хорошее энергопотребление. Это не слишком много, чтобы сравнить, не так ли?

Свет для сеянцев и клонов растений

В самом начале жизни растения (для сеянцев и клонов) лучше всего использовать либо флуоресцентное освещение, либо маломощное светодиодное освещение. Интенсивность на этом этапе не важна, но идеально подходит освещение с полным спектром, склоняющимся к большему количеству синего света, чтобы способствовать сокращению междоузлий. Идеальный диапазон интенсивности будет между 350-550 мкмоль/с (PPFD).

Освещение для стадии вегетации

Растениям, которые прижились и находятся в вегетативной фазе, потребуется более интенсивное освещение, чем клонам и сеянцам. В идеале, в такой комнате для вегетирующих растений, должен быть полный спектр, идеальная интенсивность для роста составляет от 1000 до 1300 мкмоль/с (PPFD).

Освещение для стадии цветения

В комнатах для цветущих растений интенсивность и спектр света будут иметь решающее значение для вашего успеха! Многие люди выберут дешевую светодиодную лампу, чтобы протестировать и сравнить с ДНАТ, и на этом этапе НЕ ДОБЬЮТСЯ больших успехов из-за своей экономии лишь только потому, что для наших любимых растений на стадии цветения требуется очень интенсивный свет, такой, чтобы на этой стадии должным образом свет проникал до середины кроны в растения, которые могут достигать высоты более метра, полны бутонов и листьев затеняющих большую часть растения! Ориентируйтесь на уровень PPFD = 1700-2300 мкмоль/с.

Хорошее освещение для цветения должно иметь гораздо больше красного спектра, этот спектр способствует росту крупных цветов. Если брать отдельно спектр красного света, то он будет способствовать более крупному росту листьев и увеличению расстояния между междоузлиями, поэтому его важно смешивать с полным спектром, чтобы получить правильную смесь и верные пропорции растения. Синий свет поможет сохранить структуру нашего любимого растения плотной, чтобы цветы лучше формировались, а во время фазы цветения он по-прежнему необходим для укрепления бутонов. Итак, как говорилось ранее, идеальный диапазон интенсивности света для цветения составляет 1700-2300 мкмоль/с.

Эти идеальные диапазоны интенсивности зависят от расстояния света от растений и переменных параметров растений, таких как стресс или вредители. Нужны идеальные условия для здоровья растений и важно учитывать то, что источники света расположены на правильном расстоянии от кроны. Интенсивность света должна быть снижена наполовину для растений, подвергающихся стрессу любого рода.

Интерференция отдельных фотонов

имеет очень короткую длину волны, производит больше энергии и иногда используется в системах освещения для садоводства. Светодиоды синего света используются в теплицах и системах внутреннего освещения растений, где растения выращиваются в контролируемой среде.

Преимущество системы освещения с синими светодиодами заключается в том, что она концентрирует определенные длины волн света, которые производят наибольшее количество энергии для использования растениями во время фотосинтеза.

Диапазон волн синего светодиода намного уже, чем диапазон волн, создаваемых обычными световыми системами, а производимая энергия гораздо более интенсивная, концентрированная и содержит больше фотонов, необходимых для максимального роста растений.

Системы синего света намного меньше, надежнее и долговечнее, чем обычные системы освещения для выращивания. Светодиодные системы с синим светом работают при гораздо более низкой температуре.

Поскольку системы освещения с синем спектром прочны и интенсивны, NASA изучает такие системы с синем спектром для выращивания растений в космосе.

Синий свет вреден для человеческого зрения после длительного воздействия. Поэтому при использовании систем синего света необходимо проявлять некоторую осторожность.

Падение в астрофизическую чёрную дыру

Тело, свободно падающее под действием сил гравитации, находится в состоянии невесомости и испытывает действие только приливных сил, которые при падении в чёрную дыру растягивают тело в радиальном направлении, а в тангенциальном — сжимают. Величина этих сил растёт и стремится к бесконечности при (где r — расстояние до центра дыры).

В некоторый момент собственного времени тело пересечёт горизонт событий. С точки зрения наблюдателя, падающего вместе с телом, этот момент ничем не выделен, однако возврата теперь нет. Тело оказывается в горловине (её радиус в точке, где находится тело, и есть ), сжимающейся столь быстро, что улететь из неё до момента окончательного схлопывания (это и есть сингулярность) уже нельзя, даже двигаясь со скоростью света.

Термодинамика и испарение чёрных дыр

а потеря массы

Предположительно, состав излучения зависит от размера чёрной дыры: для больших чёрных дыр это в основном безмассовые фотоны и лёгкие нейтрино, а в спектре лёгких чёрных дыр начинают присутствовать и тяжёлые частицы. Спектр хокинговского излучения для безмассовых полей оказался строго совпадающим с излучением абсолютно чёрного тела, что позволило приписать чёрной дыре температуру

где — редуцированная постоянная Планка, — скорость света, — постоянная Больцмана, — гравитационная постоянная, — масса чёрной дыры.

На этой основе была построена термодинамика чёрных дыр, в том числе введено ключевое понятие энтропии чёрной дыры, которая оказалась пропорциональна площади её горизонта событий:

где — площадь горизонта событий.

За счёт испарения все чёрные дыры теряют массу и время их жизни оказывается конечным:

При этом интенсивность испарения нарастает лавинообразно, и заключительный этап эволюции носит характер взрыва, например, чёрная дыра массой 1000 тонн испарится за время порядка 84 секунды, выделив энергию, равную взрыву примерно десяти миллионов атомных бомб средней мощности.

В то же время большие чёрные дыры, температура которых ниже температуры реликтового излучения Вселенной (2,7 К), на современном этапе развития Вселенной могут только расти, так как испускаемое ими излучение имеет меньшую энергию, чем поглощаемое.