ТОП 10:

Астрофизика и физика черных дыр



 

Астрофизика – это часть астрономии, цель которой – изучение физических и химических процессов во Вселенной. Она отличается разнообразием методов исследования, обилием теоретических изысканий, большим числом проблем, как решенных, так и требующих дальнейшего изучения. Она очень быстро развивается и чуть ли не каждый день приносит с собой новые факты.

В истории астрономии выделяют три эры: первая эра началась с зарождения науки о Вселенной; вторая связана с открытием Н. Коперника и созданием телескопа; третья – с превращением астрономии из оптической во всеволновую.

Современный этап развития наблюдательной астрономии датируется рождением радиоастрономии, которая впервые вывела астрономические наблюдения из узкого диапазона электромагнитных волн видимого света. Вселенная предстала перед людьми в радиолучах, невидимых человеческим глазом. Это позволило не только по-новому взглянуть на уже известные космические объекты, но и открыть необычные объекты и явление, ранее неизвестные науке – пульсары и реликтовое излучение.

Пульсары вращающиеся намагниченные нейтронные звезды, которые характеризуются по космическим масштабам весьма небольшими размерами (несколько десятков километров) и плотностью порядка сотен миллионов тонн в одном кубическом сантиметре. Обнаружить эти компактные объекты с помощью оптических телескопов было немыслимо, и только радиотелескопы позволили их «увидеть». Открытие пульсаров в 1967 г. оказалось принципиально новым, поэтому за него английскому ученому Э. Хьюишу в 1974 г. была присуждена Нобелевская премия.

Вооруженный радиотелескопом, человек по-новому взглянул на ночное небо и Вселенную. В диапазоне радиоволн он смог «увидеть» электромагнитное реликтовое излучение. Подобно тому, как все на земле погружено в воздушный океан, так и вся Вселенная погружена в реликтовое электромагнитное излучение. Ни о каких «пустынях пространств» Вселенной говорить уже не приходится. За открытие реликтового излучения американским ученым А. Пензиасу и Р. Вильсону в 1978 г. была присуждена Нобелевская премия.

Многократно расширились возможности познания Вселенной с началом космической эры человечества. Стало реальностью непосредственное изучение космического пространства и тел Солнечной системы. Для познания далекого космоса и Вселенной в целом появились новые области наблюдательной астрономии. С помощью новых методов наблюдений были сделаны поразительные открытия необыкновенных космических объектов, в том числе черных дыр, одну из которых связывают с рентгеновским источником Лебедь Х-1.

Обнаружение черных дыр изумило научную общественность и побудило известного американского физика-теоретика К. Торна написать следующие строки: «Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое – это образ черной дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или мифах древности, чем в реальной Вселенной. И, тем не менее, законы современной физики требуют, чтобы черные дыры существовали».

Черные дыры должны играть значительную роль во Вселенной. Только в нашей Галактике насчитывается около миллиарда черных дыр. Не исключено, что они могут активно влиять и на земные дела. Они могут подсказать принципиально новые источники энергии. Так, например, при падении вещества в черную дыру на единицу массы выделяется энергия, имеющая величину на порядок большую, чем в ядерных реакциях.

Пока еще трудно что-либо сказать о практических путях использования энергии черных дыр.

Физика и астрофизика черных дыр получили широкое признание научной общественности. Фактом признания важности этих проблем для науки в целом было присуждение в 1983 г. Нобелевской премии американскому ученому С. Чандрасекару за цикл работ по эволюции звезд.

Антиподы черных дыр – белые дыры – еще более необычные объекты, способные объяснять грандиозные взрывные процессы с громадным выделением энергии. Если черные дыры не обнаруживают себя непосредственно, а лишь через особенности поведения материи в их гравитационных полях, то с поверхности белых дыр к наблюдателю поступает излучение. Тем не менее, в науке белые дыры долго оставались «в тени». Дело в том, что обнаружение белых дыр – сверхтрудная задача. Время их появления ничтожно по космическим масштабам, и даже если бы вспышки белых дыр были бы повседневным явлением, регистрировать их невероятно сложно.

В конце 80-х гг. интерес к белым дырам стал возрастать. Это объясняется увеличением открытий взрывных, высокоэнергетических и других загадочных космических явлений, для объяснения которых все более привлекательной становится идея существования белых дыр, становится популярной идея о множественности миров и многомерности Вселенной (белые дыры – своеобразные вестники других миров и «окна» из высших измерений).

Что такое черная дыра? По существу, это замкнутая область пространства, в которую сжато вещество и откуда ничто не может выйти: внутри черной дыры притяжение настолько велико, что даже свет не способен вырваться из нее наружу и термин «черная» здесь очень подходит. Уместно и название «дыра», поскольку она может поглотить неограниченно много вещества и в этом смысле ее можно уподобить бездонной яме.

Название «черная дыра» предложил в 1968 г. профессор Принстонского университета Дж. А. Уилер. Однако идея существования в природе таких объектов высказывались гораздо раньше. По-видимому, подобная мысль возникла впервые около 200 лет назад. В докладе Королевскому обществу в 1783 г. и опубликованных через год «Философских трудах» английский физик Джон Митчелл (1724 - 1793) отметил, что если свет представляет собой поток частиц, то эти частицы должны подвергаться воздействию тяготения также, как и все остальные материальные тела.

Спустя примерно 13 лет, великий французский математик Пьер Симон Лаплас (1749-1827) в своей книге «Изложение системы мира» высказал аналогичные мысли.

Вопрос о реальном существовании объектов, указанных Митчеллом и Лапласом, не вызвал особого интереса у физиков того времени; выяснение этого вопроса задержалось на 100 лет. В 1926 г., после опубликования Эйнштейном общей теории относительности, немецкий физик-теоретик Карл Шварцшильд (1873 - 1916) нашел решение уравнений поля этой теории, описывающее пространство-время вне тела со сферически симметричным распределением вещества. Это решение можно интерпретировать так: если тело массой М сжато в сферу определенного радиуса (который называется радиусом Шварцшильда - Ящ), то пространство-время вблизи него искажается так сильно, что свет не может выйти из этой сферы. А поскольку, согласно теории, движение быстрее света невозможно, то, следовательно, сферу радиусом Яш вообще не может покинуть никакой материальный объект или сигнал. Область пространства, которую ничто не может покинуть, ученые называют черной дырой.

Черные дыры известны науке под названиями: застывшая звезда,гравитационная могила, коллапсар, флуктуар, отон.

Во всех этих названиях нашли отражение различные свойства и особенности черных дыр:

- «застывшая звезда» означает, что для удаленного наблюдателя процессы на черной дыре замедляются и как бы застывают;

- «гравитационная могила» – космическая материя, оказавшаяся в черных дырах, выходит из активных процессов развития и как бы умирает;

- «коллапсар» – образование черных дыр, рождающихся из вещества звезды, происходит в результате катастрофического гравитационного сжатия – коллапса;

- «флуктуар» – существуют особенности черных дыр, проявляющие себя через произвольно меняющееся излучение окружающего пространства;

- «отон» есть более широкий класс объектов, в который кроме черных дыр входят еще белые и серые.

Белые и черные дыры во всем различны. Белые дыры часто называют антиколлапсарами, т.к. в отличие от черных дыр, которые сжимаются, они расширяются.

Свойства черных и белых дыр объединены в серых дырах. Сначала они расширяются и ведут себя как белые дыры, а затем сжимаются по гравитационный радиус и превращаются в черные.

Изучением дыр занимается астрофизика отонов.

Отоны – класс объектов, исследование которых возможно лишь на основе теории тяготения. В физике и космологии отонами называются объекты, которые известны под другими названиями: мосты, кротовые норы, дыры и др. Кротовые норы – объекты типа мостов (ручек). Та часть, куда материя входит, называется черной дырой, а та, откуда материя выходит – белой дырой.

 

Физика черных и белых дыр

 

Специфика физики черных дыр заключается в особенностях пространства-времени дыр. Смена евклидового пространства и времени классической физики пространством-времени Минковского означала переход к новой физике – релятивистской. Другими словами, каждому типу пространства соответствует своя физика. Значит, в неевклидовых ПВМ различных отонов физические закономерности имеют свои особенности.

Физика отонов включает в себя физику черных дыр, а также физику космологических моделей и ускоренных систем отсчета.

 

«ВОЛОСЫ» ЧЕРНЫХ ДЫР

Исследования показали, что различные свойства коллапсирующей материи теряются в результате коллапса. Из чего состоит черная дыра: из газа или плазмы, вещества или антивещества? На эти вопросы нет ответа. Неизвестно, сколько барионов (тяжелых элементарных частиц) или лептонов (более легких элементарных частиц) входит в черную дыру. Тем более ничего нельзя сказать о сложных материальных образованиях.

Чтобы была понятна сухая физическая терминология, применим образное описание явлений.

Все, что оказывается под горизонтом событий, скрыто для внешнего наблюдателя, так как под горизонтом физические параметры являются мнимыми. Об этом свойстве сказал Дж. Уиллер: «Черная дыра не имеет волос». Точнее, черная дыра имеет всего три «волоса» (свойства, параметра): масса, заряд и момент вращения (спин). Те же три параметра характеризуют и белую дыру, у которой, в отличие от черной, пышная «шевелюра», и все, что находится внутри белой дыры, открыто для наблюдателя. Т.е. у черных дыр почти все волосы спрятаны под шляпой – горизонтом событий, у белой – шляпа снята – антигоризонт. В обществе дыр, согласно этикету, при входе в дом – отонный мир – шляпа снимается (белая дыра), при выходе – одевается (черная дыра). Поведение серой дыры можно уподобить правилу хорошего тона – приподнимать шляпу при встрече.

Многообразие отонов зависит от комбинаций параметров:

o брадионные – движущиеся с досветовой скоростью;

o тахионные – действительные параметры заменяются мнимыми;

o антиотоны – дыры, как бы вложенные в «отонную матрешку». Они являются третьими по счету за двумя горизонтами событий, что равносильно переходу к отрицательным параметрам;

o антитахионные – дыры, находящиеся за тремя горизонтами событий.

ТЕРМОДИНАМИКА ДЫР

Черные дыры, обладают одним свойством, принципиально отличающим их от классических астрофизических объектов: они только поглощают излучение и вещество. Это свойство черных дыр нашло отражение в теореме Хокинга: площадь черных дыр не уменьшается ни при каком классическом взаимодействии их между собой и с окружающей средой. Благодаря работам многих ученых, были сформулированы законы физики черных дыр. По формуле математической записи совпадает с законами термодинамики. Эквивалентами термодинамических величин являются площадь поверхности и гравитация.

Исследования показали, что законы черных дыр подобны началам термодинамики:

1) 1-е начало – закон сохранения энергии в термодинамических процессах: (характерно поведение черных дыр, обладающих неизменностью);

2) 2-е начало – невозможен процесс, единственным результатом которого была бы передача теплоты от менее нагретого тела к более нагретому: (характерно поведение белых дыр, приносящих массу и энергию из других миров в наш);

3) 3-е начало – невозможно за конечное число шагов достичь температуры абсолютного нуля (для черных дыр аналогичный закон означает невозможность за конечное число шагов уменьшить поверхностную гравитацию до нуля).

 

ЭНЕРГЕТИКА ДЫР

Для понимания загадочных космических явлений, открытых всеволновой астрономией, важную роль должна сыграть энергетика черных и белых дыр. В астрономии вопрос об энергетике встает на различных космических уровнях, начиная от планет и заканчивая квазарами и самой Метагалактикой.

При движении в поле черных дыр, где достигаются значительные ускорения, излучение гравитационных волн может быть значительным. Но при простом падении на черную дыру выделение энергии в форме гравитационных волн будет незначительным. Для того чтобы увеличить общее количество выделяемой энергии, необходимо заставить тело как можно дольше находиться в гравитационном поле черной дыры, что возможно при движении по круговой орбите.

В поле черной дыры может выделяться энергия в виде электромагнитных волн. Это происходит при движении газа вокруг черной дыры, когда внутреннее трение приводит к нагреванию газа и выделению тепловой энергии в форме электромагнитных волн.

В прошлом основным источником энергии была химическая форма движения. Этот источник энергии, как стало понятно во второй половине XX в., является экологически грязным и представляет угрозу для среды обитания человека.

В середине XX в. был открыт принципиально новый источник энергии – ядерный.

В будущем ожидается открытие нового источника энергии – отонного, который экологически чист.

 

Космогония отонов

При построении математических моделей черных и белых дыр требуются такие параметры, как масса, заряд и вращение. Эти параметры задают определенную структуру пространства-времени, в которой черные и белые дыры неразрывно взаимосвязаны: наличие черных дыр влечет существование белых, и наоборот. Выявить данную взаимосвязь в космических процессах и понять, как образуются черные и белые дыры, оказалось гораздо сложнее. В ходе исследований выяснилось, что возможны три варианта образования черных дыр и два – белых. Это, собственно, и составляет предмет космогонии отонов, изучающей возможности образования космических объектов. Первый вариант образования черных дыр связан с эволюцией звезд.

В первой половине XX в. были заложены основы теории эволюции звезд и сделан вывод о том, что конечным продуктом их эволюции могут быть объекты, имеющие размеры своего гравитационного радиуса, а именно черные дыры.

Звездные объекты в своей эволюции проходят три качественно различные стадии: протозвезды звезды –постзвезды. На каждой стадии происходит необратимая потеря энергии. Звезды образуются из так называемых протозвезд, которым предшествуют сжимающиеся облака вещества.

Когда сжимающееся облако станет непрозрачным для своего инфракрасного излучения, его излучательность резко уменьшится. Облако продолжает сжиматься, но несколько медленнее. Одновременно большая часть освобождающейся в результате сжатия потенциальной энергии идет на нагрев облака. Такой объект нельзя назвать облаком: это уже настоящая протозвезда (дозвезда).

Протозвезда – эмбрион, зародыш настоящей звезды. Эмбриональный период в развитии звезды длится десятки миллионов лет. В течение данного периода плотность протозвезды увеличивается, а температура повышается до уровня, достаточного для протекания термоядерных реакций в ее центральных областях.

В результате образования протозвезды из диффузного облака потенциальная гравитационная энергия переходит в тепловую, которая затем излучается. Протозвезда самопроизвольно не может стать облаком, так как необходимая энергия уже рассеяна. Нужен некоторый дополнительный источник энергии, чтобы вещество протозвезды могло рассеяться в космическое пространство.

С началом протекания термоядерных реакций заканчивается эмбриональный период в развитии звездного объекта и наступает период его активной жизни. Это и есть рождениезвезды. В активный период, который длится миллиарды лет, звезда излучает энергию за счет термоядерных реакций, протекающих в ее недрах. С образованием звезды прекращается процесс сжатия, так как устанавливается равновесие между тепловым давлением вещества звезды и гравитационным давлением, которое стремится сжать звезду. Наступает период медленной эволюции, постепенного выгорания ядерного горючего.

Силы гравитации в ходе эволюции постоянно уравновешиваются тепловым давлением. Так, уменьшение внутреннего давления в результате потери тепловой энергии приводит к сжатию звезды, что повышает ее температуру и скорость ядерных реакций, в результате чего равновесие восстанавливается.

Время медленной эволюции обратно пропорционально массе звезды. Это на первый взгляд парадоксально, так как чем больше масса, тем больше ядерного горючего, а следовательно, оно должно, казалось бы, и дольше гореть. Но, как было сказано, скорость ядерных реакций пропорциональна температуре, а температура пропорциональна массе звезды и данная зависимость настолько сильна, что приводит к более быстрой эволюции массивных звезд.

В ходе эволюции звезды идет необратимый процесс потери энергии, выделяемой в ядерных реакциях. Запасы ядерного горючего в звезде хотя и огромны, но конечны. После исчерпания источника ядерной энергии звезда «умирает», образуется звездный «труп» – постзвезда. Под термином «постзвезда» понимаются космические объекты, являющиеся конечным продуктом эволюции звезд. В этот класс объектов входят белые карлики, нейтронные звезды, черные дыры, а также гипотетические гиперонные звезды и «пигмеи».

Звезда, обладающая на конечном этапе эволюции массой, меньшей 1,2 М© (массы солнца) превращается в электронную постзвезду. Последняя называется электронной потому, что сам факт ее существования обусловлен наличием вырожденного электронного газа, давление которого противостоит гравитационному сжатию,

Рассмотрим эволюцию звезды, имеющей на предконечной стадии массу, меньшую 1,2 М©. Такая звезда после кратковременной стадии так называемого красного гиганта и отрыва ее оболочки превращается в белый карлик. Превращение происходит в результате медленного сжатия звезды. При этом звезда продолжает светить, но не за счет ядерного горючего, которого практически не осталось, а за счет освобождающейся в процессе сжатия гравитационной энергии. Сжатие будет продолжаться до тех пор, пока в основной массе вещества звезды не наступит вырождение электронов. Тогда давление вырожденного электронного газа уравновесит давление, вызванное гравитационным взаимодействием.

Для звезды, имеющей на предконечной стадии эволюции массу большую 1,2 массы солнца, конечная стадия эволюции качественно отличается от стадии белых карликов. На предконечном этапе происходит катастрофическое сжатие звезды. В ходе быстрого сжатия в наружных слоях звезды протекают быстрые реакции с остатками ядерного горючего, в результате которых выделяется большое количество энергии: происходит взрыв, с огромной скоростью выбрасывающий наружные слои звезды.

Внутренние области звезды стремительно сжимаются. За какие-нибудь несколько секунд размеры звезды уменьшаются в сотни тысяч раз, достигая размеров порядка 10 км, а плотность становится примерно равной ядерной, что в сотни миллиардов раз больше плотности земного вещества.

В веществе звезды электроны как бы вдавлены в протоны. Образуется так называемая нейтронная жидкость, давления которой достаточно для того, чтобы уравновесить силы гравитации и остановить процесс сжатия. Данный объект носит название нейтронной звезды, хотя он, как, впрочем, и белые карлики, мало чем похож на звезду в обычном смысле слова. Такой объект подобен макроскопической ядерной капле.

Нейтронная звезда состоит из отдельных нейтронов, а также протонов. Но ведь в процессе эволюции отдельные протоны и нейтроны, объединяясь в ядра атомов, излучали колоссальное количество энергии, а в конце эволюции мы опять приходим к веществу, состоящему из отдельных барионов. Откуда же взялась потерянная энергия? Силы гравитации разрушили сложные ядра, и это привело к тому, что вещество вновь стало состоять из отдельных элементарных частиц, т.е., в конце концов, тяготение оказалось ответственным за всю излученную энергию.

Пульсары(источники строго периодического импульсного излучения) являются намагниченными вращающимися нейтронными постзвездами. Обнаружение нейтронных звезд стало кардинально важным событием в познании Вселенной, так как впервые были открыты объекты, размеры которых сопоставимы с гравитационным радиусом.

Энергия излучения пульсаров пополняется за счет энергии вращения, что приводит к замедлению вращения и увеличению периода между импульсами. Нейтронные постзвезды были предсказаны давно, и поиски этих постзвезд продолжались довольно долго, хотя открыли их случайно.

Нейтронная постзвезда состоит из плотной плазменной оболочки, твердой коры, слоя сверхпроводящей протонной жидкости, слоя сверхтекучей нейтронной жидкости и сверхплотного ядра. Свойства сверхпроводимости и сверхтекучести вещества связаны у нас с представлением о веществе при сверхнизких температурах. А здесь миллиарды градусов и ядерная плотность...

Казалось, какая там сверхтекучесть может существовать! Но нет, данные наблюдения убедительно говорят о наличии у пульсаров сверхплотного и сверхтекучего вещества, а теория с успехом объясняет подобные факты.

Как уже отмечалось, звездные объекты на последней стадии развития мало подобны звездам в обычном смысле слова, т. е. самосветящимся объектам, источником энергии излучения которых служат термоядерные реакции. Продукты звездной эволюции настолько отличаются от самих звезд, что возникает необходимость выделения их в особый класс космических объектов – постзвезд.

Размеры постзвезд намного меньше размеров звезд, а плотности вещества соответственно гораздо больше. Формы материи, составляющей основную массу постзвезд и звезд, различны. Существенно различен и характер эволюции, неодинаковы источники энергии: у звезд – термоядерные реакции, а у постзвезд – гравитационная энергия, перешедшая в форму тепловой энергии или в форму энергии вращательного движения постзвезды. Класс постзвезд не ограничивается тремя видами постзвезд: белым карликом, нейтронной звездой и черной дырой. Предполагается также существование промежуточных видов постзвезд – так называемых пигмеев и гиперонных звезд. Предположение о существовании пигмеев выдвинуто известным швейцарским астрофизиком Ф. Цвикки. Теоретическая модель гиперонных звезд была построена советскими учеными В.А. Амбарцумяном и Г.С. Саакяном.

После образования электронная постзвезда (белый карлик) в течение миллиарда лет медленно остывает, превращаясь сначала в красного, затем в черного карлика. Известно, что черный карлик ничего не должен излучать: он представляет собой «холодный труп» звезды в отличие от еще «теплого трупа» – белого карлика. Нейтронные постзвезды также претерпевают своеобразные изменения. Причем они могут вести довольно активный образ жизни, и примером этому являются пульсары – источники мощного излучения.

Но как конечны сами объекты, так конечны и энергетические источники, питающие их. Исчерпав источники энергии, постзвезды превращаются в инертные продукты эволюции, их вещество оказывается выключенным из активных процессов во Вселенной, оно как бы попадает в эволюционный «тупик». Вырваться из своего гравитационно-связанного, концентрированного состояния и включиться вновь в активные процессы эволюции вещество постзвезд из-за мощных гравитационных сил не может, оно, словно находится в ловушке – глубокой потенциальной «яме».

Название «яма» произошло от формы графика зависимости потенциальной энергии от расстояния. В разрезе этот график напоминает яму. Чтобы извлечь вещество со дна обыкновенной ямы, требуется определенная энергия, и чем глубже яма, тем больше нужно энергии. Аналогично и в случае с гравитационными потенциальными «ямами» космических объектов.

Вывод космических кораблей с помощью мощных ракет в космос – это тоже своеобразное извлечение вещества из сравнительно неглубокой гравитационной потенциальной «ямы» нашей Земли. Чтобы извлечь все вещество постзвезды из подобной «ямы» и рассеять в пространстве, веществу необходимо вернуть энергию, потерянную в ходе эволюции звездного объекта (протозвезда – звезда – постзвезда) за многие миллиарды лет.

В целом, для вещества классических астрофизических объектов характерен процесс все большего углубления гравитационных потенциальных «ям». Это связано с необратимым характером потери энергии в форме излучения космическими объектами, что ведет к увеличению суммы энергии связи вещества замкнутых космических систем и тел: гравитационной (сжатие объекта или системы) и ядерной (образование ядерного вещества). Имеет место необратимость увеличения энергии связи.

Если взять космическое вещество, то средняя энергия связи на единицу массы необратимо возрастает. И хотя возможно уменьшение гравитационной энергии связи (например, в случае сверхновых вспышек или на стадии красного гиганта и т. д.), происходит оно за счет увеличения энергии связи ядер, т. е. расширение объекта совершается за счет энергии термоядерных реакций. Общая же сумма энергии связи не уменьшается. Аналогично может уменьшаться энергия связи ядер (нейтронные постзвезды), но за счет большего увеличения гравитационной энергии связи (коллапс).

Таким образом, уменьшение гравитационной энергии связи возможно только за счет большего или, по крайней мере, равного увеличения ядерной энергии связи. В итоге сумма энергии связи вещества замкнутой системы не убывает. Это – формулировка принципа неубывания энергии связи вещества замкнутых систем. Подобную формулировку можно уподобить второму началу термодинамики.

Чем больше энергия связи, тем труднее извлечь вещество из системы, и тем менее вероятен подобный процесс. Гравитационные потенциальные «ямы» становятся все глубже, а вещество тем самым заходит все дальше в эволюционные «тупики».

У постзвезд есть только один путь изменений: увеличивать свою массу за счет аккреции (падения межзвездного вещества на поверхность космических объектов). Когда масса постзвезды превысит 2 Массы Солнца, постзвезда превратится в черную дыру.

Подчеркнем важный момент. Звезда, исчерпавшая свое ядерное горючее, возможно, сразу и не образует черной дыры в результате прямого релятивистского коллапса. Например, для возникновения черной дыры у нее может просто не хватить массы. В подобных случаях возникает белый карлик или нейтронная постзвезда. Но все равно рано или поздно постзвезда, набрав необходимую массу за счет аккрецирующего вещества, превращается в черную дыру. Следовательно, образование черных дыр для космической материи представляет собой не формальную возможность, а является закономерным и неизбежным этапом эволюции.

Космическое вещество с массой Галактики, сконцентрированное в объеме гравитационного радиуса, обладало бы плотностью, которая, на несколько порядков, меньше плотности воздуха. А так как гравитационное поле локально не меняет физических законов, то мы имеем, в общем-то, обыкновенную физическую систему, на пути образования которой нет принципиальных препятствий. Для звездных объектов, изученных наиболее полно, вопрос звучит определеннее: могут ли в результате эволюции космической материи образовываться тела, состоящие из холодного катализированного вещества с массой, большей 3 М(С). Для нейтронной постзвезды, например, ничто, ни один известный науке закон не может помешать за счет аккреции набрать критическую массу и превратиться в черную дыру. Природа должна быть не только «изощренной», но и «злонамеренной», чтобы этого не произошло.

Вывод о существовании в природе черных дыр настолько же верен, насколько верна сама ОТО. И возражения против идеи существования в природе черных дыр фактически направлены против теории гравитации Эйнштейна и других теорий гравитации, которые также предсказывают существование черных дыр.

Итак, звездные объекты рождаются (протозвезды), долго и активно живут (звезды) и, наконец, умирают (постзвезды). Рано или поздно звездные «трупы» (постзвезды) оказываются «захороненными» в «гравитационных могилах» (черные дыры). Черные дыры массой порядка М©, в свете изложенного, представляются естественными и многочисленными продуктами эволюции звезд, множество которых может возникнуть за время существования Метагалактики.

Образование путем сжатия черных дыр другой массы за время существования Метагалактики более проблематично. В далеком будущем Метагалактики могут появиться черные дыры любой массы.

Основываясь на известных современной науке физических законах, ряд ученых составили возможный прогноз нашей Метагалактики на 10100 лет. Согласно этому прогнозу, развитие Вселенной будет проходить по нескольким этапам, каждому из которых свойственны свои существенные особенности:

1. В конце первого этапа, когда возраст Метагалактики достигнет 1014 лет, звезды, израсходовав свое ядерное «горючее», закончат эволюцию, их вещество сколлапсирует, образуются черные дыры;

2. На втором этапе, через 1017 лет, разрушатся планетные системы;

3. На третьем этапе, через 1018 лет, Галактики, рассеяв большую часть своей массы, превратятся в массивные черные дыры;

4. На четвертом и пятом этапах постзвезды, покинувшие свои Галактики, вследствие распада протонов в основном испарятся. Процесс распада протонов закончится через 1032 лет. В течение 10100 лет испарятся черные дыры, превратившись в излучение. За счет потери массы в процессе испарения образуются черные дыры с массой, меньшей M(С). Правда, это произойдет в весьма отдаленном будущем.

 







Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; Нарушение авторского права страницы

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.204.194.190 (0.018 с.)