Астрономия для детей > Черные дыры
Что такое черная дыра – объяснение для детей: описание с фото, как найти в космосе Вселенной, как появляются, смерть звезды, сверхмассивные черны дыры галактик.
Для самых маленьких родители или в школе должны объяснить, что воспринимать черную дыру как пустое место – грубейшая ошибка. Наоборот, в ней сконцентрировано невероятное количество материи, которая замкнута в маленьком пространстве. Чтобы объяснение для детей было более красочным, просто представьте, что вы взяли звезду в 10 раз массивнее Солнца и попытались впихнуть в область размером с Нью-Йорк. Из-за такого давления, гравитационное поле обретает настолько большую силу, что никто и даже световой луч не может вырваться. С развитием технологий НАСА удается все больше узнать об этих загадочных объектах.
Начать объяснение для детей можно с того, что термина «черная дыра» не существовало до 1967 года (ввел Джон Уилер). Но до этого уже несколько веков упоминалось о существовании странных объектов, которые своей плотностью и массивностью не выпускают свет. Их даже предсказал Альберт Эйнштейн в общей теории относительности. Она доказала, что при смерти массивной звезды остается небольшое плотное ядро. Если звезда по массе в трое превышает солнечную, то сила тяжести превозмогает остальные силы, и мы получаем черную дыру.
Процесс формирования черной звезды
Конечно, важно объяснить детям, что исследователи лишены возможности наблюдать эти особенности напрямую (телескопы находят лишь свет, рентгеновское излучение и прочие формы электромагнитного излучения), так что ждать фото черной дыры не приходится. Но можно высчитать их местоположение и даже определить размер из-за влияния, которое они оказывают на окружающие объекты. Например, если она пройдет сквозь облако межзвездной материи, то в процессе начнет втягивать вещество внутрь – аккреция. То же самое повторится, если вблизи пройдет звезда. Правда звезда может разорваться.
В момент притягивания вещество нагревается и ускоряется, выпуская в пространство рентгеновские лучи. Недавние открытия заметили несколько мощных всплесков гамма-лучей, демонстрируя процесс пожирания дырой соседних звезд. В этот момент они стимулируют рост одних и останавливают у других.
Смерть звезды – начало для черной дыры
Большая часть черных дыр появляется из остаточного материала умирающих крупных звезд (взрыв сверхновой). Меньшие по размеру звезды превращаются в плотные нейтронные, которым не хватает массивности, чтобы удерживать свет. Если масса звезды больше солнечной в 3 раза, то она становится кандидатом на пост черной дыры. Важно объяснить детям одну странность. Когда звезда разрушается, то ее поверхность приближается к воображаемой поверхности (горизонт событий). Время на самой звезде становится медленнее, чем у наблюдателя. Когда поверхность настигла горизонта событий, то время замирает, и звезда больше не может разрушаться – замороженный разрушающийся объект.
Черные дыры в центрах сливающихся галактиках
Более крупные черные дыры способны появляться после звездного столкновения. После запуска в декабре 2004 года телескопу НАСА удалось заметить сильные мимолетные световые вспышки – гамма-излучения. После этого Чандра и Хаббл собрали данные о событии и поняли, что эти вспышки могли быть следствием столкновения черной дыры и нейтронной звезды, что порождает новую черную дыру.
Хотя в процессе образования дети и родители уже разобрались, но загадкой остается один момент. Кажется, будто дыры существуют в двух разных масштабах. Есть множество черных дыр – остатки массивных звезд. Как правило, они в 10-24 раз массивнее Солнца. Ученые постоянно видят их, если посторонняя звезда приближается критически близко. Но большинство черных дыр существуют изолированно и их просто нельзя заметить. Однако, если судить по количеству звезд, обладающих достаточным размером, чтобы стать кандидатом на черную дыру, то в Млечном Пути таких черных дыр должно присутствовать десятки миллионов миллиардов.
Есть также и сверхмассивные черные дыры, которые в миллион и даже миллиард раз превосходят по размерам наше Солнце. Полагают, что такие монстры обитают в центрах практически всех крупных галактик (и в нашей).
Для самых маленьких будет интересно узнать, что долгое время ученые полагали, будто среднего размера для черных дыр не существует. Но данные Чандры, XMM-Newton и Хаббла показывают, что они есть.
Возможно, сверхмассивные черные дыры появляются из-за цепной реакции, вызванной столкновением звезд в компактных скоплениях. Из-за этого накапливается очень много массивных звезд, которые разрушаются и производят черные дыры. Затем эти скопления занимают галактический центр, где черные дыры сливаются и превращаются в сверхмассивного представителя.
Вы уже могли понять, что у вас не получится полюбоваться на черную дыру в высоком качестве в режиме онлайн, потому что эти объекты не выпускают свет. Но детям будет интересно изучить фото и схемы, созданные на основе контакта черных дыр и обычной материи.
Сказка Черная дыра
Автор сказки Сыроватина Ольга Николаевна. Дата публикации 12.10.2019
Эта фантастическая история произошла с нашим классом. О ней я и хочу вам поведать. Вот как все начиналось!
На уроке, в детской астрономической академии сообщили, что завтра мы всем классом отправляемся на космическом корабле в межгалактическую экскурсию в Туманность Андромеды. Хотя эту Галактику можно видеть на небосклоне и без телескопа, но побывать там и сделать свой собственный атлас звёзд и планет, этой части космоса, было очень заманчиво.
— А на обратном пути мы сможем воочию увидеть нашу Галактику, — сказал ребятам преподаватель астрономии.
— Надеюсь, что вы все помните наш космический адрес?
— Давайте ребята его назовем! Петя первым поднял руку.
— Можно, я скажу?
— Давай, назови, — сказал учитель. И Петя четко сказал: Галактика — Млечный Путь, Солнечная система, планета Земля.
— Правильно, теперь, если вдруг вы заблудитесь в космосе, то можете спросить у звезд, как добраться вам домой, — пошутил учитель.
— Но, а сейчас шутки в сторону. Я вам расскажу о задании, которое вы должны выполнить, когда прибудете в Галактику Туманность Андромеды. И так, при помощи бортовой аппаратуры корабля вы сфотографируете самые крупные планеты и звезды этой Галактики и составите их атлас. Задание всем понятно? Но тогда успехов нам всем в этом полете, — пожелал учитель.
— Я не буду рассказывать как проходила первая половина нашей экскурсии, было всё, как обычно, на занятиях, только это был не класс, а космический корабль, а вот когда мы уже возвращались обратно с экскурсии…
Внезапно заревел на борту нашего корабля сигнал тревоги, и сразу в космос был отправлен сигнал SОS. На большом мониторе корабля появился объект опасности, и мы с ужасом узнали картинку с учебника астрономии: Чёрная дыра… На экране было видно, что всё, что попадало в радиус ее притяжения — затягивалось, словно пылесосом в ее воронку.
Эта Дыра была похожа на огромную пасть дракона, который заглатывал на своем пути все, что оказывалось у его черной пасти: планеты, звезды, астероиды и даже свет! Вот пришла очередь и изящной кометы с красивым, длинным, огненным хвостом, еще минута и она исчезла в ненасытном чудище необъятных размеров. Что же происходило дальше с этими космическими объектами? Этого ни в сказке сказать, ни пером описать!
Наш компьютер уменьшил масштаб Черной дыры, и мы с испугом наблюдали за происходящим. Вот пришел черед и нашего корабля! Он сопротивлялся всей своей мощью двигателей! Но его энергии оторваться от этой Черной дыры было не достаточно. Нас охватил страх, кто-то замер в ожидании неизбежности, а кто-то тихо плакал, — наш учитель пытался нас подбодрить. Но это у него плохо получалось. И вдруг с нашим кораблем, произошло непредвиденное, постепенно его скорость увеличивалась, да так, что обшивка корабля стала потрескивать.
— По-видимому, кто-то взял нас на абордаж и тянет подальше от опасного места! — сказал учитель.
— Разве у нас есть корабли с такой скоростью? — спрашивали ребята.
— Не знаю, может это какой-то спасатель? Кто ещё может быть? Ведь мы в космосе одиноки! И тут на экране монитора вместо Черной дыры, появилось лицо, словно по мановению волшебной палочки, это было лицо инопланетянина. Сначала мы ничего не могли понять, что он нам говорит, это был какой-то набор непонятных звуков, но уже через минуту наш компьютер смог расшифровать их смысл, и вот что мы поняли:
— Земляне, мы с Галактики Альфаус, это пятая Галактика от вашей. Наши пути случайно пересеклись у этой Чёрной дыры. Поняв, что ваш корабль попал в силу ее притяжения, мы успели поймать его в наш энергетический сачок и такой общей мощностью наших двигателей, мы смогли вырваться из этого опасного круга. Но, если бы вы уже попали в горло воронки Черной дыры, то обратного пути не было бы. Следует вам это запомнить раз и навсегда и быть очень осторожными.
— Пятая Галактика от нашей, это очень большое расстояние, — сказал учитель.
— Мы, Земляне, преодолеваем расстояния до соседних галактик, используя коридоры времени. А вот на такие далекие расстояния они не действуют.
— Наши ученые, кроме передвижений в коридорах времени, обнаружили также туннель Мига, поэтому мы теперь легко передвигаемся скачками в один миг, и мы — в другой Галактике. Такие вот нагрузки позволяют выдерживать наши технологии, — сказал инопланетянин.
— Да, пока я не забыл рассказать вам, как выглядит этот человек с далекой Галактики.
— Он был уж очень похож на нас, по крайней мере его голова была таковой, только вот кожа лица инопланетянина была покрыта чешуйками, как у рыбы. У него было место двух глаз, четыре. И смотрел он на нас только одной верхней парой глаз, а два других его глаза были закрыты. Да, еще и нос — как такового его и не было, а просто две дырочки, и они были очень подвижными при дыхании. Вокруг рта не было губ. А вот на голове, вместо волос в разные стороны торчали иголки разной длины, как у ежа, но были ли они острыми или нет, это вопрос. Дальше инопланетянин рассказал:
— Мы совсем недавно посещали вашу Галактику Млечный Путь. Побывали и на вашей планете Земля. Правда, мы это сделали тайно, чтобы не напугать вас, землян, ведь по вашей теории вы в космосе одиноки. Но это не так. Космос полон неожиданностей, здесь существуют разные цивилизации. Они разбросаны по разным галактикам, но каждая цивилизация готова к общению. Мы помогли вам и теперь должны вернуться к своим обязанностям. Прощайте!
На этом связь между нашими кораблями была окончена. Инопланетянин исчез с экрана монитора также внезапно, как и появился. Мы все бросились к иллюминатору корабля, но в темноте космоса мы так ничего и не увидели, никакого корабля ни вблизи, ни вдали не было видно.
Наконец-то, бортовой робот сообщил нам, что мы зашли в коридор времени, по которому возвращаемся в нашу Галактику Млечный Путь. Прошло немного времени, и мы сразу узнали наш космический дом по самой яркой звезде.
Это звезда — Солнце. Вот и наша Солнечная система. Она складывается с 8 планет и их спутников, астероидов и комет. Ее мы рассматривали в космосе, на экране большого монитора нашего корабля. Компьютер сжал её масштабы так, что мы могли видеть всю Солнечную систему одновременно, это была поразительная живая картина, которую мы запомнили на всю жизнь. Здравствуй, Земля!
A black hole is an invisible entity in space with a gravity pull so strong that light cannot escape. Black holes are formerly «ordinary» stars stars that have burned out or been compressed. The pull is strong due to the tiny space into which all the mass of the star has come to occupy. they can vary in size from one atom to the size of more than 4 million of the Earth’s own suns.
A black hole science project is a great way for students to both familiarize themselves with a mesmerizing and much-celebrated (if poorly understood) physical phenomenon. As such, it’s also a great way for kids to learn how to explain things to their peers; after all, teaching is doing.
Gravitational Pull: Preparation
A black hole’s gravity is dependent on the mass and distance from the object. Black holes have strong gravitational fields; however, objects must be within hundreds of miles to be affected. The magnetic marble represents a piece of space matter which will orbit the black hole if it gets too close.
- Purchase two foam board sheets or black sign boards (11 inches by 17 inches is a good size), one strong cylindrical magnet, a magnetic marble and a tray or towel.
- Cut four to six holes in the board the same size as the cylindrical magnet.
- Place the magnet in one of the holes and place a piece of tape over the hole to secure it.
- Cover the foam board with the second piece of board so that the surface appears uniform.
- Place the tray or towel underneath the board to contain the marble.
Gravitational Pull: Experiment
Roll the marble over the foam board. When it approaches the hidden magnet or black hole, its path will change. The magnet represents the pull of gravity, but note gravity is a much weaker force than magnetic pull, and only becomes discernible with planet-sized or larger objects. Depending on how close the marble comes to the hidden magnet, you will notice different outcomes.
Black Hole Experiment: Preparation
Stars constantly battle the effects of fusion, pressure and gravity. Large amounts of mass enable a star to collapse a body into a point. Gravity will eventually overwhelm the star and the end state of a star’s collapse is determined by the original mass of the star.
This physics project on black holes explores the end state for a star. Gather several balloons, three, 12-inch to 14-inch sheets of aluminum foil per balloon, a sharp object, and earplugs or ear muffs.
Black Hole Experiment: Principles
- Blow up the balloons and tie off the ends. Cover the balloons with at least two layers of aluminum foil. These balloons represent stars.
- Push on the surface of the covered balloons with your hands. The stars will not collapse because the outward force generated by fusion within the star balances the gravity inward.
- When a real star runs out of core fuel, it may collapse. Put on ear protection and pop the balloons to remove the air pressure inside. Ensure the foil retains its shape. The star has run out of fuel in its core, and fusion no longer generates enough heat and pressure to prevent collapse.
- Collapse the balloon star with your hands. The «gravity pull» represented by your hands collapses the star and creates a black hole.
Detection of Black Holes
How do scientists even know back holes are there, given that they are invisible? Sure, they are large and exhibit strong gravitational fields, but they are a long way away.
Scientists are able to detect the effects of a black hole’s strong gravity on neighboring stars and gases. If a star is orbiting around a specific locus, scientists can examine the kinetic properties of that star to find out if a black hole might be at the center of the orbit.
When a black hole and a star are orbiting close together, high-energy light is produced. Scientific instruments can see this high-energy light.
A black hole is an invisible entity in space with a gravity pull so strong that light cannot escape. Black holes are formerly «ordinary» stars stars that have burned out or been compressed. The pull is strong due to the tiny space into which all the mass of the star has come to occupy. they can vary in size from one atom to the size of more than 4 million of the Earth’s own suns.
A black hole science project is a great way for students to both familiarize themselves with a mesmerizing and much-celebrated (if poorly understood) physical phenomenon. As such, it’s also a great way for kids to learn how to explain things to their peers; after all, teaching is doing.
Gravitational Pull: Preparation
A black hole’s gravity is dependent on the mass and distance from the object. Black holes have strong gravitational fields; however, objects must be within hundreds of miles to be affected. The magnetic marble represents a piece of space matter which will orbit the black hole if it gets too close.
- Purchase two foam board sheets or black sign boards (11 inches by 17 inches is a good size), one strong cylindrical magnet, a magnetic marble and a tray or towel.
- Cut four to six holes in the board the same size as the cylindrical magnet.
- Place the magnet in one of the holes and place a piece of tape over the hole to secure it.
- Cover the foam board with the second piece of board so that the surface appears uniform.
- Place the tray or towel underneath the board to contain the marble.
Gravitational Pull: Experiment
Roll the marble over the foam board. When it approaches the hidden magnet or black hole, its path will change. The magnet represents the pull of gravity, but note gravity is a much weaker force than magnetic pull, and only becomes discernible with planet-sized or larger objects. Depending on how close the marble comes to the hidden magnet, you will notice different outcomes.
Black Hole Experiment: Preparation
Stars constantly battle the effects of fusion, pressure and gravity. Large amounts of mass enable a star to collapse a body into a point. Gravity will eventually overwhelm the star and the end state of a star’s collapse is determined by the original mass of the star.
This physics project on black holes explores the end state for a star. Gather several balloons, three, 12-inch to 14-inch sheets of aluminum foil per balloon, a sharp object, and earplugs or ear muffs.
Black Hole Experiment: Principles
- Blow up the balloons and tie off the ends. Cover the balloons with at least two layers of aluminum foil. These balloons represent stars.
- Push on the surface of the covered balloons with your hands. The stars will not collapse because the outward force generated by fusion within the star balances the gravity inward.
- When a real star runs out of core fuel, it may collapse. Put on ear protection and pop the balloons to remove the air pressure inside. Ensure the foil retains its shape. The star has run out of fuel in its core, and fusion no longer generates enough heat and pressure to prevent collapse.
- Collapse the balloon star with your hands. The «gravity pull» represented by your hands collapses the star and creates a black hole.
Detection of Black Holes
How do scientists even know back holes are there, given that they are invisible? Sure, they are large and exhibit strong gravitational fields, but they are a long way away.
Scientists are able to detect the effects of a black hole’s strong gravity on neighboring stars and gases. If a star is orbiting around a specific locus, scientists can examine the kinetic properties of that star to find out if a black hole might be at the center of the orbit.
When a black hole and a star are orbiting close together, high-energy light is produced. Scientific instruments can see this high-energy light.