| << Neitronnye zvezdy [pul'sary, magnitary] | | Oglavlenie | | Mikrokvazary >> |
ChERNYE DYRY
|
Pod chernymi dyrami ponimayutsya stol' massivnye i kompaktnye sgustki veshestva, chto dlya preodoleniya ih prityazheniya skorosti sveta uzhe ne hvataet. t.k. nichto v Nablyudaemoi Vselennoi ne mozhet dvigat'sya bystree sveta, eto oznachaet, chto nichto, dazhe svet, ne mozhet pokinut' chernuyu dyru. Poetomu "dyry" ne mogut svetit' ni svoim, ni otrazhennym svetom. Eti ob'ekty sperva byli predskazany: v 1783 g. Dzhonom Michelom iz Kembridzha [Hoking, 2000], v 1789 g. P.S.Laplasom, v 1939 g. R.Oppengeimerom i H.Snaiderom [Kulikovskii, 2002]. Znachitel'no pozdnee oni byli naideny na nebe. Termin vvel Dzhon Uiler v 1969 g. [Hoking, 2000]. Pered tem, kak rassmotret' nablyudatel'nye dokazatel'stva sushestvovaniya chernyh dyr, poznakomimsya s sootvetstvuyushimi teoreticheskimi predstavleniyami, vospol'zovavshis' nauchno- populyarnoi stat'ei amerikanskogo fizika Kipa Stivena Torna "Puteshestvie sredi chernyh dyr" [1988]. Tak kak Nablyudaemaya Vselennaya sostoit preimushestvenno iz vodoroda, to, kak pravilo, atomy imenno etogo veshestva obrazuyut potoki, ischezayushie v chernyh dyrah. Ustremlyayas' v dyru, atomy stalkivayutsya i nagrevayutsya ot etih stolknovenii. Chem blizhe k dyre, tem bolee zhestkim okazyvaetsya ih elektromagnitnoe izluchenie. Buduchi nagrety do neskol'kih millionov gradusov, atomy ispuskayut rentgenovskie luchi, a v samye poslednie momenty - gamma-luchi. Eto te priznaki "dyr", po kotorym ih mozhno obnaruzhit'.
Chernye dyry, esli rassmatrivat' ih snaruzhi, - ochen' prostye ob'ekty. U nih imeyutsya lish' dva parametra - massa i moment kolichestva dvizheniya, harakterizuyushii skorost' vrasheniya vokrug osi. Vrashayas', dyra sozdaet v prostranstve vihr', zakruchivayushii veshestvo, padayushee vnutr'. Esli atomy vodoroda padayut v dyru v srednem otvesno, to dyra, veroyatnee vsego, ne vrashaetsya. [Krome togo, takaya dyra budet vneshne sharoobraznoi, a vrashayushayasya - chut' splyusnutoi]. Eshe dlya dyry mozhno ukazat' uslovnuyu srednyuyu plotnost' veshestva. Vprochem, inogda utverzhdayut, chto na samom dele v "dyre" pustota, t.k. dannoe veshestvo po suti ischezlo iz Nablyudaemoi Vselennoi.
My ne vidim nichego iz togo, chto proishodit v dyre, t.e. dyra vidna v vide chernogo diska. Disk tem bol'she, chem bol'she massa chernoi dyry. Dyra, prevyshayushaya Solnce po masse v 10 raz, budet imet' v okruzhnosti vsego 185 km (perimetr nekotoryh osobenno krupnyh gorodov). Dyra massoi v 100 tysyach solnechnyh - 1.850.000 km (chut' men'she lunnoi orbity). Granicu diska nazyvayut gorizontom sobytii. My mozhem ocenit' perimetr chernoi dyry, no po nemu nel'zya opredelit' diametr etogo ob'ekta, t.k. prostranstvo v dyre iskrivleno. Ponyatie "diametr" v dannom sluchae voobshe ne imeet smysla, t.k. ego nel'zya izmerit' sravneniem.
Esli k dyre poslat' avtomaticheskuyu stanciyu s zelenym lazernym luchom, to po mere priblizheniya k nei luch nachnet krasnet'. Eto budet proishodit' po dvum prichinam: 1) fotony preodolevayut gravitacionnoe pole i teryayut energiyu; 2) fotony ispuskayutsya udalyayushimsya ob'ektom, a potomu nablyudaetsya doplerovskoe pokrasnenie sveta. Infrakrasnoe izluchenie pereidet v mikrovolnovoe, radiovolnovoe i beskonechno dlinnovolnovoe, kotoroe uzhe ne smozhet registrirovat'sya, t.k. poslednie signaly budut beskonechno dolgo "vybirat'sya" iz dyry.
Esli po spirali priblizit'sya k chernoi dyre v kosmicheskom korable, to obnaruzhatsya moshneishie prilivnye sily. Oni budut tyanut' nogi vniz, a golovu vverh. V kakoi-to moment prilivnye sily smogut razorvat' cheloveka. V samoi dyre eti sily stanovyatsya beskonechno bol'shimi, i eto yavlenie nazyvaetsya singulyarnost'yu [Torn, 1988]. [V takoi situacii ne smogut sushestvovat' ni molekuly, ni atomy, ni bolee melkie "konstrukcii" iz tak nazyvaemyh elementarnyh chastic, a to i sami "elementarnye chasticy" - Yu.N.]. Mozhno takzhe skazat', chto singulyarnost' harakterizuetsya nulevym ob'emom, ili beskonechnoi kriviznoi prostranstva-vremeni. Singulyarnost' v 1965 g. predskazana anglichaninom Penrouzom, ishodya iz obshei teorii otnositel'nosti Einshteina [Hoking, 2000]. Haoticheskoe "povedenie" singulyarnosti bylo obosnovano "russkoi troikoi" - Livshicem, Halatnikovym i Belinskim. Leiman dokazala, chto singulyarnost' dolzhna byt' navechno skryta za gorizontom sobytii [Torn, 1988].
Velichina prilivnyh sil vblizi gorizonta sobytii, soglasno zakonam Einshteina, dolzhna byt' obratno proporcional'na kvadratu massy chernoi dyry. Eto oznachaet, chto chem tyazhelee dyra, tem men'she prilivnye sily na ee gorizonte [chem tyazhelee dyra, tem dal'she gorizont sobytii ot ee centra]. K gorizontu sobytii "nebol'shoi" chernoi dyry (sovsem nebol'shoi ili prevyshayushei Solnce po masse primerno v 100 tysyach raz) nel'zya podletet' na kosmicheskom korable, dvigayas' po spirali, t.k. zadolgo do podleta potrebuetsya svetovaya skorost' dvizheniya po orbite, chtob ne upast' v dyru. Ili zhe centrostremitel'nuyu silu pridetsya kompensirovat' siloi tyagi dvigatelya. [Dannoe polozhenie otnositsya k obychnym chernym dyram zvezdnogo proishozhdeniya i nebol'shim galakticheskim dyram - Yu.N.]. "Malen'kaya" chernaya dyra budet snachala razryvat' zvezdy, a potom uzhe pogloshat' ih gaz.
Esli dyra uzh ochen' massivna, t.e. prevyshaet Solnce po masse, k primeru, v vosem' trillionov raz, to vblizi nee budut nablyudat'sya udivitel'nye yavleniya. Disk chernoi dyry ne budet zakryvat' zvezd, nahodyashihsya za nim, a budet sobirat' ih svet v yarkoe kol'co na okruzhnosti temnogo diska. Eto budet proishodit' iz-za otkloneniya sveta v moshnom pole tyagoteniya [gravitacionnaya linza]. Budet vidno neskol'ko izobrazhenii kazhdoi zvezdy: luchi otklonennye vpravo i vlevo, sovershivshie vokrug dyry odin oborot, dva, tri... Esli priblizit'sya k gorizontu sobytii takoi gigantskoi dyry, to iz-za iskrivleniya luchei chernaya dyra zakroet ne polovinu neba, a pochti vse nebo. Ostanetsya lish' malen'koe otverstie, cherez kotoroe vsya vneshnyaya Vselennaya budet vidna, kak iz peshery. Esli vdali ot dyry priblizhenie k nei na 1 km umen'shalo dlinu orbity na 6,2832 km (dva chisla "pi"), to blizhe k dyre eto umen'shenie budet vse men'she i men'she iz-za iskrivleniya prostranstva (prostranstvo vblizi dyry rastyanuto po napravleniyu k dyre). Podobnaya dyra budet "glotat'" zvezdy celikom, a razryvat' ih uzhe za gorizontom sobytii. [Takie gigantskie chernye dyry nedavno otkryty. Oni raspolagayutsya v centrah nekotoryh galaktik - sm. konspekt o galaktikah].
Chernye dyry mogut sblizhat'sya i slivat'sya, i togda vblizi nih budut oshushat'sya gravitacionnye volny - pul'sacii krivizny prostranstva-vremeni (kosmicheskii korabl' budet tryasti, szhimat', rastyagivat'). V rezul'tate takih sliyanii dolzhny voznikat' dyry s osobenno bystrym vrasheniem. Ih splyusnutost' mozhet byt' zametnoi na glaz. Summarnaya massa novoi dyry dolzhna byt' chut' men'she summy ishodnyh, t.k. chast' massy unositsya gravitacionnymi volnami.
Energiei vrasheniya chernyh dyr v principe mozhno vospol'zovat'sya: esli postroit' kol'co vokrug ekvatora i vnedrit'sya pod gorizont sobytii magnitnym polem, to ot ekvatora potechet elektricheskii tok v kol'co, a ot kol'ca - k polyusam... [Torn, 1988].
Stat'yu K.S.Torna mozhno dopolnit' nekotorymi interesnymi svedeniyami iz knigi Stivena Hokinga "Kratkaya istoriya vremeni ot Bol'shogo vzryva do chernyh dyr" [2000]. Na gorizonte sobytii luchi sveta ne priblizhayutsya drug k drugu i ne peresekayutsya. Ploshad' chernoi dyry nikogda ne umen'shaetsya (v protivnom sluchae luchi by peresekalis'). Pri sliyanii chernyh dyr ploshad' gorizonta sobytii budet ne men'she summy ploshadei ishodnyh chernyh dyr. Takim obrazom, ploshad' chernoi dyry vedet sebya shodno s entropiei (meroi besporyadka), kotoraya tozhe nikogda ne umen'shaetsya (naprimer, pri soedinenii dvuh kontor v odnu besporyadok uvelichivaetsya). Poetomu predlozheno schitat' etu ploshad' meroi entropii chernoi dyry. Esli ne schitat' ploshad' gorizonta sobytii meroi entropii, narushaetsya vtoroi zakon termodinamiki. Poluchitsya, chto mozhno brosit' korobok s gazom v chernuyu dyru, i uporyadochennost' vne dyry uvelichitsya, a skompensirovana budet neizvestno chem, t.k. vnutr' dyry ne zaglyanesh'. Znachit, dolzhen byt' vidimyi pokazatel' mery entropii, a im mozhet byt' tol'ko ploshad' gorizonta sobytii, kotoraya chut'-chut' uvelichilas' ot broshennogo v dyru korobka.
S.Hoking rassmatrivaet takzhe interesnuyu teoreticheskuyu vozmozhnost' ispareniya i vzryva chernyh dyr. On utverzhdaet, chto v silu kvantovo-mehanicheskogo principa neopredelennosti chernye dyry dolzhny rozhdat' i izluchat' chasticy, no ne iz samih dyr, a iz "pustogo" prostranstva pered nimi. V rezul'tate kvantovyh fluktuacii gravitacionnogo i elektromagnitnogo polei tam dolzhny rozhdat'sya pary chastica- antichastica s polozhitel'noi i otricatel'noi energiei. Chasticy s otricatel'noi energiei mogut byt' tol'ko virtual'nymi i korotkozhivushimi. Gravitacionnoe pole vblizi chernoi dyry stol' veliko, chto dazhe real'naya chastica mozhet imet' tam otricatel'nuyu energiyu. Virtual'naya chastica mozhet upast' v chernuyu dyru i tam prevratit'sya v real'nuyu chasticu ili antichasticu. Pokinutyi partner mozhet libo tozhe upast', libo uiti ot gorizonta sobytii v vide chasticy ili antichasticy s polozhitel'noi energiei. Poluchaetsya, chto v dyru napravlen potok otricatel'noi energii, no energiya ravna proizvedeniyu massy na kvadrat skorosti sveta, t.e. potok otricatel'noi energii, vhodyashii v dyru, umen'shaet ee massu i umen'shaet gorizont sobytii! Vtoroi zakon termodinamiki pri etom ne narushaetsya, t.k. umen'shenie entropii kompensiruetsya entropiei ispushennogo izlucheniya. Dlya nas v dannom sluchae vazhen teoreticheskii vyvod: massa chernoi dyry v principe mozhet umen'shat'sya, t.e. chernaya dyra mozhet isparyat'sya. V nastoyashee vremya podobnoe isparenie ne proishodit, t.k. eto - medlennyi process, i on mnogokratno kompensiruetsya padeniem novyh porcii veshestva iz "nashego" mira. Krome togo, Vselennaya dolzhna chut'-chut' podostyt' - sm. nizhe. [Chtob ostanovit' rost chernyh dyr i dozhdat'sya ih ispareniya, nuzhna celenapravlennaya deyatel'nost' razumnyh sushestv Vselennoi, kotorye kakim-to obrazom udalyat iz okrestnostei dyr vse, chto mozhet v nih svalitsya, v t.ch. reliktovoe izluchenie (Yu.N.)].
No opyat' peredadim slovo Hokingu... On utverzhdaet, chto chem men'she massa chernoi dyry, tem vyshe ee temperatura. Eto vpolne ponyatnoe utverzhdenie: o temperature dyry mozhno sudit' tol'ko po temperature ishodyashego potoka chastic, kotorye rozhdayutsya bliz gorizonta sobytii, a etot potok tem goryachee, chem men'she dyra ego zatormozila, t.e. chem ona "legche". No togda poluchaetsya, chto po mere ispareniya chernoi dyry, ona vse sil'nee i sil'nee razogrevaetsya. A po mere razogrevaniya vozrastaet ne tol'ko temperatura izlucheniya, no i ego intensivnost'. Znachit, poterya massy dyry mozhet proishodit' so vse vozrastayushei skorost'yu. Nu a chto proizoidet, kogda massa dyry stanet sravnitel'no malen'koi? Dostoverno my eto ne znaem, t.k. ne znaem, chto proishodit vnutri dyry. No mozhno predpolozhit', chto dyra polnost'yu ischeznet v gigantskoi vspyshke izlucheniya. [Mozhet byt', takuyu zhe prirodu imel Bol'shoi vzryv, porodivshii Nablyudaemuyu Vselennuyu].
V nastoyashee vremya temperatura chernyh dyr s massoi v neskol'ko "solnc", t.e. temperatura minimal'nyh po masse dyr, sostavlyaet ne bolee 1/10000000 gradusa vyshe absolyutnogo nulya. A bol'shie dyry eshe holodnee. Chto zhe kasaetsya mikrovolnovogo reliktovogo izlucheniya, kotoroe zapolnyaet Nablyudaemuyu Vselennuyu, to ego temperatura znachitel'no vyshe - 2,7 gradusov vyshe absolyutnogo nulya. V takoi situacii chernye dyry ne mogut izluchat' bol'she energii, chem pogloshat'. Znachit, v nastoyashee vremya isparenie i vzryv chernyh dyr ne mogut proishodit'. Dyry budut rasti eshe ochen' dolgoe vremya.
No esli Nablyudaemaya Vselennaya budet i dal'she rasshiryat'sya, temperatura mikrovolnovogo izlucheniya, obuslovlennogo Bol'shim vzryvom, v konce koncov upadet nizhe temperatury chernyh dyr. Togda dyry nachnut teryat' massu. Hoking ukazyvaet, chto dyry takogo minimal'nogo razmera isparyatsya za 10 v 66-i stepeni let, t.e. za vremya, kotoroe nesoizmerimo bol'she vremeni sushestvovaniya Nablyudaemoi Vselennoi. [Poluchaetsya, chto vo Vselennoi protekayut ciklicheskie processy, i my zhivem v odno iz pervyh mgnovenii takogo grandioznogo cikla, t.e. chernye dyry i reliktovoe izluchenie "govoryat" nam ob isklyuchitel'noi molodosti Nablyudaemoi Vselennoi - Yu.N.].
V nastoyashee vremya v Nashei Galaktike izvestno dovol'no mnogo ob'ektov, kotorye s bol'shoi dolei veroyatnosti mozhno otnesti k kategorii chernyh dyr. Hotya sami "dyry" ne vidny, my mozhem sudit' ob ih nalichii po kosvennym priznakam: po specificheskomu izlucheniyu padayushih v "dyru" i stalkivayushihsya chastic veshestva; po bystromu vrasheniyu zvezd i gaza vblizi "dyry", po akkrecionnomu disku iz razorvannyh zvezd i t.d. [Surdin, 2002a; dr.]. Predlozhen, k primeru, i takoi sposob: vychisleno, chto pri priblizhenii dvoinoi zvezdy k massivnoi "chernoi dyre" odna iz zvezd dolzhna pogloshat'sya "dyroi", drugaya - vybrasyvat'sya so skorost'yu okolo 4000 km/s, a, znachit, nuzhen poisk sverhbystryh zvezd i opredelenie tochek, otkuda oni vyleteli [Ris, 1991].
Soglasno zametke "Chernaya dyra v Galaktike?" [1992], v Nashei zvezdnoi sisteme k nachalu 1990-h godov byli izvestny tri kandidata v "chernye dyry" (pomimo horosho izuchennoi gigantskoi "dyry" v centre Galaktiki). Pozdnee byl otkryt eshe ryad podobnyh ob'ektov [Surdin, 2002a]. Kak pravilo, eto sistemy iz dvuh zvezd, iz kotoryh odna bystro vrashaetsya vokrug nevidimoi sosedki.
Sistema Lebed' X-1 - eto naibolee veroyatnyi pretendent v sistemy, chlenom kotoryh yavlyaetsya sravnitel'no nebol'shaya chernaya dyra, t.e. chernaya dyra zvezdopodobnoi massy. V teleskop vidna zvezda, vrashayushayasya vokrug svoego nevidimogo partnera massoi primerno v 6 solnechnyh, t.e. nevidimyi partner - eto ne belyi karlik, ne neitronnaya zvezda, a, veroyatnee vsego, imenno chernaya dyra. Krome togo, eta sistema - moshnyi istochnik rentgenovskogo izlucheniya. Mozhno predpolozhit', chto s poverhnosti vidimoi zvezdy "sduvaetsya" veshestvo i po spirali (kak vytekayushaya iz vanny voda) padaet v chernuyu dyru. Po puti razogrevshayasya struya ispuskaet rentgenovskie luchi [Chernaya dyra v Galaktike? 1992].
Izvestno eshe neskol'ko takih sistem v Nashei Galaktike i Magellanovyh Oblakah [Hoking, 2000]. V kosmicheskii teleskop im. Habbla udalos' uvidet', kak dva gazovyh sgustka ischezli v dyre: zafiksirovany regulyarnye zatuhayushie posledovatel'nosti iz 6-7 impul'sov ul'trafioletovogo izlucheniya obshei prodolzhitel'nost'yu okolo 0,2 sekundy [Vibe, 2001a].
Krome togo, izuchalis' 12 sistem, v kotoryh novaya zvezda vrashaetsya vokrug bolee massivnogo sputnika. 6 iz nih - s neitronnymi zvezdami, a 6 - s ob'ektami massivnei neitronnyh zvezd. Sistemy s neitronnymi zvezdami yarko svetilis' v rentgenovskom diapazone iz-za padeniya veshestva novoi zvezdy na glavnuyu zvezdu, a svetimost' sistem s predpolagaemymi chernymi dyrami okazalas' v 100 raz men'she, t.e. padayushee veshestvo provalivalos' pod GORIZONT SOBYTI', unosya s soboi vsyu svoyu energiyu [Vibe, 2001a].
Drugie pervonachal'nye kandidaty v "dyry" - A620-00 v Edinoroge i V404 v Lebede. Poslednyaya "dyra" nahoditsya v 5 tysyachah svetovyh let ot nas, gde, esli verit' zametke 1992 g., v 1989 g. vspyhnula sverhnovaya [ochen' strannaya informaciya, t.k. sverhnovye v Nashei Galaktike vrode by ne vspyhivali posle 1604 g., no, konechno, takoe sobytie moglo proizoiti za gustymi oblakami gaza i pyli - Yu.N.]. Tam vokrug chernoi dyry massoi 15,6 solnechnyh so skorost'yu 210 km/s "begaet" zvezda massoi 6,3 solnechnyh i delaet oborot za 6,47 sekund [Chernaya dyra v Galaktike? 1992]. Po bolee pozdnim dannym massa etoi "dyry" sostavlyaet 8-12 solnechnyh [Surdin, 2002a].
Krome togo, kak uzhe upominalos', v centrah galaktik byvayut gigantskie chernye dyry massoi vo mnogie tysyachi ili milliony solnechnyh. Takaya dyra est' v centre Nashei Galaktiki [Surdin, 2001g] i v centre Galaktiki Andromedy [Ris, 1991]. K ob'ektam podobnogo roda prinadlezhat i kvazary s chernymi dyrami, pogloshayushimi ogromnoe kolichestvo gaza [Ris, 1991]. V nedavnee vremya otkryty takzhe chernye dyry v centre sharovyh skoplenii. Oni promezhutochny po masse mezhdu zvezdnymi i galakticheskimi "dyrami" [Vibe, 2003d]. Vse podobnye ob'ekty celesoobraznei rassmatrivat' v ramkah galakticheskoi astronomii. Tem ne menee, mozhno predpolozhit', chto gigantskie chernye dyry (vtorichnye chernye dyry) voznikayut v rezul'tate postepennogo rosta pervichnyh chernyh dyr zvezdnogo proishozhdeniya ili v rezul'tate mnogih sliyanii takih chernyh dyr [Yu.N.].
| << Neitronnye zvezdy [pul'sary, magnitary] | | Oglavlenie | | Mikrokvazary >> |
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
zvezdy - zvezdoobrazovanie
Publikacii so slovami: zvezdy - zvezdoobrazovanie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
