Природа антиколлапсирующих объектов

 

Природа образования черных дыр сейчас представляется довольно ясной и даже очевидной: достаточно массивные звезды, расходуя свое ядерное горючее, охлаждаясь и медленно сжимаясь, обязательно должны достичь своего гравитационного радиуса, т.е. превратиться в черные дыры. Относительно белых дыр наблюдается более сложная ситуация.

В 1964 г. И.Д. Новиков высказал гипотезу о природе антиколлапсирующих объектов. Он исходил из того факта, что, по крайней мере, достоверно известен один антиколлапсирующий объект – это расширяющая система скоплений галактик (Метагалактика).

Согласно гипотезе, на начальном этапе расширения Метагалактики в некоторых областях расширение вещества было задержано и вещество не вышло из-под гравитационного радиуса. Образовались так называемые задержавшиеся ядра. Каких-либо ограничений на массу и время задержки подобных ядер ОТО не накладывает. Значит, задержавшиеся ядра могли бы в принципе взрываться и в наше время, образуя нестационарные объекты. Данная модель антиколлапсирующих объектов нашла свое первое приложение к квазарам для объяснения необычной природы их громадного энерговыделения.

Задержавшиеся ядра должны обладать сильным постоянным гравитационным полем, которое через различные эффекты (падение вещества на ядро, квантовое рождение частиц, эффект так называемого «фиолетового» слоя) ведет к превращению задержавшегося ядра в черную дыру. Эти и другие трудности теории белых дыр вызвали скептическое отношение к ним со стороны многих ученых.

Первая попытка понять природу образования белых дыр оказалась неудачной, но идея задержавшихся ядер послужила толчком к разработке второго варианта образования черных дыр.

В 1967 г. Я.Б. Зельдовичем и И.Д. Новиковым, а затем в 1971 г. С. Хокингом был предложен второй вариант образования черных дыр в результате возможных неоднородностей на ранних этапах космологического расширения. Подобные черные дыры получили название первичных (реликтовых). Они могут обладать весьма малой массой, начиная с планковской (10"⁵ г). Особый интерес представляют собой малые первичные черные дыры, так как открытый Хокингом эффект квантового испарения означает возможность взрывов черных дыр. Привлекательной представляется идея Хокинга об использовании в моделях Солнца черной дыры, так как это дает возможность решить проблему солнечного нейтрино. Но изотропия реликтового фона, отсутствие сильного потока гамма-излучения и ряд других факторов говорят о том, что если первичные черные дыры и существуют, то средняя плотность их вещества во Вселенной на много порядков меньше критической. Имеются еще некоторые трудности для астрофизических приложений как эволюционных, так и реликтовых черных дыр. Например, в квазарах, радиогалактиках, активных ядрах галактик наблюдаются бурные взрывные явления, которые трудно совместить с черными дырами эволюционного или реликтового происхождения.

Самая главная трудность в проблеме возникновения первичных и эволюционных черных дыр заключается в проблеме образования космических объектов и систем в расширяющейся Метагалактике. Как показал еще в 1946 г. советский ученый Е.М. Лифшиц, в однородном расширяющемся мире за счет гравитационной неустойчивости, т. е. за счет действия самой гравитации, не могут появляться галактики и их скопления. Тем более сложнее представить возможность возникновения множества звезд и планет, если не могут образовываться протогалактические облака с повышенной плотностью вещества. Нужны исходные неоднородности плотности метагалактического вещества, которые должны сыграть роль зародышей при образовании различного рода космических объектов.

Как пишут известные космологи Я.Б. Зельдович и И.Д. Новиков, «...модель однородной, изотропной «расширяющейся Вселенной» полностью не удовлетворяет современным наблюдениям. Некий очень важный момент в картине отсутствует – отсутствует распад вещества на скопления галактик, галактики и т. д. Поэтому один из главных вопросов, над которым работают сегодня космологи, – это переход от идеализированной картины строго однородной Вселенной к картине Вселенной, неоднородной в масштабах скоплений Галактик. Оказывается (и это недостаток теории), необходимо предположить, что зародыши тех неоднородностей, которые мы наблюдаем сегодня, существовали в начальном состоянии». Наблюдаемая высокая степень изотропности реликтового фона еще более усиливает трудности построения моделей начальных неоднородностей в рамках расширяющейся Вселенной Фридмана.

Таким образом, с одной стороны, данные наблюдений говорят о невозможности существования каких-либо значительных первичных неоднородностей на начальных этапах расширения Метагалактики. А с другой стороны, эти неоднородности необходимы, чтобы объяснить наблюдаемую структуру Метагалактики в форме Галактик, скоплений Галактик, звезд и т.д. В столь противоречивой ситуации еще сложнее понять природу образования черных дыр. Непонятно, как образуются сами звезды, что является их зародышами? Трудности в объяснении происхождения черных и белых дыр заставили обратиться к другим вариантам, связанным с трансметагалактическим происхождением отонов из других миров.

 

БЕЛЫЕ И СЕРЫЕ ДЫРЫ

 

Время пребывания белых и серых дыр на стадии антиколлапса крайне мало, а форма проявления весьма схожа – кратковременные всплески излучения. Зато реликты антиколлапсирующих отонов существуют относительно долго и могут быть различными: у белых и светло-серых дыр – это остатки взрыва (расширяющиеся облака, разлетающиеся космические объекты, пустоты), у серых и темно-серых дыр – черные дыры.

Антиколлапсирующие отоны отличаются от черных дыр тем, что проявляют себя непосредственно – белые дыры видны для внешнего наблюдателя. Более того, антиколлапсары – довольно яркие объекты, так как излучение от их поверхности характеризуется большим синим смещением. Заметим, что хотя вращение и заряд ослабляют синее смещение, оно и в этих случаях может быть достаточно большим, т. е. энергия излучения вспышек антиколлапсаров должна быть довольно значительной, как и энергия расширяющегося вещества.

Отметим одно важное обстоятельство. Вращающиеся антиколлапсары как источники частиц и лучей высокой энергии проявляют себя в основном в экваториальной плоскости, т. е. наблюдению с Земли доступна лишь небольшая часть антиколлапсирующих отонов. Данное обстоятельство наряду с ограниченным временем проявления антиколлапсаров объясняет трудность наблюдения за их вспышками. Рассмотрим возможные астрономические свидетельства вспышек антиколлапсаров.

 

ВСПЫШКИ БЕЛЫХ И СЕРЫХ ДЫР

Загадочное открытие представляет собой обнаружение мощных всплесков космического гамма-излучения. Характерные особенности гамма-всплесков: их быстротечность, очень большая мощность излучения. Во многих теориях ученые пытались объяснить природу гамма-всплесков, но к единому мнению не пришли. Более того, точно еще не установлено, находятся ли источники гамма-всплесков в нашей Галактике или они рассеяны по всей Метагалактике. Пока еще не удалось сопоставить гамма-всплески с какими-либо известными космическими объектами. Кроме того, согласно экспериментальным данным, создается впечатление, что гамма-всплески появляются как бы на пустом месте, т. е. их источник не связан с объектами, находящимися в пространстве-времени нашей Метагалактики.

Результаты наблюдений за мощными всплесками космического гамма-излучения дают основание отождествлять их со вспышками отонов. Пространственное распределение гамма - всплесков изотропно, появление их уникально, т. е. соответствует одноразовому акту взрыва отона. Гамма - всплески являются кратковременными событиями (0,01 - 80 с), локализованными в малых областях (10⁸ см). В случае вспышки белой дыры за гамма-всплеском следовало бы ожидать ее активных проявлений в других диапазонах электромагнитных полн. Так что, по-видимому, гамма-всплески связаны с каноническими серыми дырами, у которых всплеск «обрезается».

Обнаружение самой вспышки белой (или серой) дыры представляет собой довольно сложную экспериментальную проблему в силу кратковременности вспышки. Если гамма-всплески связаны со вспышками серых дыр, то синхронно с гамма-всплесками должны наблюдаться и всплески гравитационного излучения.

Всплески гравитационного излучения регистрировались американским ученым Дж. Вебером, но из-за большой энергии всплесков факт обнаружения гравитационных волн был подвергнут сомнению. Гравитационные волны в эксперименте Вебера связываются с процессами в ядре. Подобное энерговыделение должно привести к испарению ядра Галактики за несколько миллионов лет, что намного меньше времени существования Метагалактики. Сказанное выше считается решающим в опровержении факта регистрации гравитационных волн. Кроме того, ожидается, что подобные огромные энерговыделения сопровождаются грандиозными космическими процессами, но они не наблюдаются.

Белые и серые дыры из других отонных миров, вызывая экстремальные возмущения ПВМ и гравитационного поля, должны вызывать мощные кратковременные всплески гравитационного излучения. Обнаружение синхронности гравитационных и гамма-всплесков было бы решающим аргументом в пользу существования вспышек белых и серых дыр. Белые дыры, в отличие от серых, после кратковременного мощного всплеска излучения могут проявить себя в форме грандиозных космических взрывов. В этом отношении представляет интерес Сверхновая 1987А, у которой регистрировался аномально большой всплеск гравитационного излучения.

Всплески нейтрино и космических лучей могут наблюдаться у белых и светло-серых дыр, так как выход вещества из-под горизонта событий у серых и темно-серых дыр невозможен. Другими свидетельствами существования белых и серых дыр являются их реликты.

 

РЕЛИКТЫ БЕЛЫХ И СЕРЫХ ДЫР

Реликты светло-серых дыр представляют собой остатки взрывов различной мощности.

К реликтам светло-серых дыр можно отнести квазары, неактивные ядра Галактик, джеты (протяженные выбросы из ядер галактик), межгалактический рентгеновский газ, пустоты, тяжелые химические элементы. Проявлениями серых дыр считаются и те космические феномены, которые связываются с Д-телами Амбарцумяна и гипотетическими догалактическими звездами третьего типа.

В начале 60-х гг. XX в. были открыты источники радиоизлучения, неотличимые от звезд. Когда удалось получить и расшифровать спектры этих «звездочек», последние оказались не звездами. Вновь обнаруженные объекты назвали квазизвездами («подобными звездам») или сокращенно квазарами, которые являются самыми удаленными от нас космическими объектами. Большая удаленность квазаров предполагает и большую мощность их излучения. Полная мощность излучения квазаров в тысячи раз превосходит мощность излучения Галактик, хотя линейные размеры Галактик в миллионы раз превосходят размеры той области квазаров, из которой исходит основная часть излучения. Проблема энергетики квазаров и активных ядер Галактик сводится к ответу на вопрос: какова природа компактных астрофизических объектов, выделяющих в исключительно малых объемах удивительно большое количество энергии? Несмотря на обилие гипотез (от экзотической мысли об аннигиляции вещества и антивещества до взрывов сверхновых звезд), вопрос о природе квазаров остается открытым.

Квазары, активные ядра Галактик, джеты – достойные кандидаты на роль реликтов светло-серых дыр. Сразу же после открытия квазаров для объяснения их природы были предложены модели белых и черных дыр. Модель белой дыры для объяснения энергетики квазаров была оставлена, так как время существования белых дыр намного меньше возраста квазаров. В 80-е г. наиболее популярной моделью активности квазаров и ядер галактик становятся черные дыры.

Особую трудность для этой модели представляет наличие в ядрах Галактик и квазарах расширяющихся облаков и других проявлений взрывной активности. Естественно, что моделью коллапса трудно объяснить антиколлапсирующие, взрывные явления. Решение проблемы стало возможно благодаря трактовке квазаров и активных ядер Галактик как реликтов серых дыр. Светлосерые дыры легко объясняют, как наряду с черными дырами в квазарах и ядрах Галактик присутствуют взрывные нестационарные феномены: одна часть светло-серой дыры, выходя далеко за горизонт событий, образует взрывные, антиколлапсирующие объекты, другая часть, коллапсируя, ведет к образованию черной дыры.

Характерным реликтом светло-серых дыр является рентгеновский межгалактический газ, обогащенный металлами. Существуют определенные свидетельства в пользу взрывного образования Галактик и даже предложена модель белой дыры для возникновения Галактик. Но реликтом белых дыр являются, скорее всего, пустоты, а для Галактик ближе модель серой дыры.

С открытием межгалактического рентгеновского газа, обогащенного металлам, появились свидетельства взрывного происхождения Галактик. Во-первых, уже само наличие горячего межгалактического газа делает вопрос о его происхождении правомерным. Во-вторых, наличие в этом газе спектральных линий, соответствующих металлам, говорит об отличии химического состава от первичного космологического вещества, состоящего из водорода и гелия. Попасть в межгалактическое пространство рентгеновский газ, обогащенный металлами, мог лишь из галактического пространства в результате взрыва предгалактического объекта светло-серой дыры, небольшая часть которой могла сколлапсировать, образовав черную дыру в центре Галактики.

Своеобразными реликтами белых и серых дыр являются химические элементы. Как известно, после Большого Взрыва образуется вещество, состоящее из водорода и гелия. Более тяжелые элементы возникают, как считалось, в звездах, взрывы которых обогащают межзвездную среду химическими элементами. Дальнейшее образование звезд в Галактиках, их горение и взрывы увеличивают количество тяжелых элементов. Считается, что в конечном итоге в результате подобного процесса может быть получено наблюдаемое количество химических элементов.

Но наиболее существенная трудность в механизме возникновения химических элементов появилась в связи с обнаружением тяжелых элементов в молодых Галактиках, квазарах, межгалактическом рентгеновском газе, что говорит о раннем, предгалактическом происхождении большинства химических элементов. Более того, в связи с тем, что пока не обнаружено космического вещества космологического состава (водород и гелий), естественно считать, что образование химических элементов произошло на весьма ранних этапах расширения Метагалактики в течение первых 10 млн. лет.

В моделях трансметагалактических отонных белых и серых дыр допускаются самые различные параметры, необходимые для производства химических элементов. Напомним, что и сам Большой Взрыв представляет собой антиколлапсар, правда, наблюдаемый в сопутствующей системе отсчета, т. е. производство гелия в любом случае связано с антиколлапсирующими отонами. Космические пустоты могут представлять собой реликты белых дыр. Характерной особенностью пустот является то, что Галактики находятся как бы на поверхности гигантских «пузырей», внутри которых практически нет Галактик. Данные наблюдений говорят в пользу взрывного образования пустот. Идеальной моделью мощного космического взрыва, ведущего к образованию пустот, является белая дыра. Внутригалактические области с пониженной плотностью нейтрального водорода также могут быть реликтами белых дыр. Реликтами серых и темно-серых дыр являются черные дыры.