ЧОРНІ ДІРИ І ЇХ РОЛЬ В НАРОДЖЕННІ ГАЛАКТИК

Для зірок з масою М> 2,5 М з гравітаційний колапс не можуть зупинити ніякі з відомих сил, і утворюється чорна діра (термін запропонований Дж. Уиллером). Вся маса зірки буде стягнута в об'єкт з розмірами порядку його гравітаційного радіуса, величина якого перебуває з рівності повної енергії частинки речовини або випромінювання потенційної енергії се взаємодії з чорною дірою маси М.

В рамках класичної механіки

Звідси отримаємо для гравітаційного радіуса, з урахуванням заміни швидкості частки на максимальну швидкість світла (в точної теорії коефіцієнта 2 немає):

В ході освіти чорної діри гравітаційне поле може бути сильно змінним, так що в цей час відбувається потужне випромінювання гравітаційних хвиль (див. П. 4.4). Однак дуже швидко (за час порядку R / c) нестаціонарні процеси загасають, а гравітаційні хвилі несуться частково в виникає чорну діру, частково у Всесвіт.

Після цього навколо такого незвичайного об'єкту залишається тільки симетричне стаціонарне поле тяжіння. Якщо освіта чорної діри сталося в подвійній зоряній системі, речовина зірки-компаньйона буде по спіралі стікати в «воронку» чорної діри.

При падінні на чорну діру потоків речовини сусідньої зірки, навколо неї утворюється газопилової диск акреції, з області якого вивергаються релятивістські потоки намагніченої плазми, названі джетами. Крім того ця область стає джерелом електромагнітного випромінювання з досить широким спектром: від жорсткого гамма-випромінювання до радіохвильового (рис. 85).

Чорна діра в подвійній системі

Мал. 85. Чорна діра в подвійній системі

За цими ознаками можна впізнати чорні діри. До теперішнього часу встановлено присутність у Всесвіті чорних дір, що відрізняються за величиною їх маси. На одному краю розподілу мас знаходяться чорні діри з масами не надто відрізняються від типових мас зірок. На протилежному краю знаходяться свсрхмассівнис чорні діри, виявлені в центрах багатьох галактик.

Попередній аналіз показує, що чим більше маса галактики, тим більше і маса чорної діри в її центрі. Цьому факту можна дати різні інтерпретації. Перша з них лежить в руслі традиційних уявлень про процеси зореутворення. Вважають, що спочатку могли бути утворені чорні діри звичайних типових мас, а потім всесвітнє тяжіння викликало їх рух до центру галактик і злиття з утворенням більш масивного об'єкта.

Інша інтерпретація з'явилася порівняно недавно і зовсім по-іншому оцінює роль чорних дір в космогонії концепції. Тут припускають, що перше покоління зірок у Всесвіті було надзвичайно потужним і швидко проходило еволюційний трек з утворенням гігантських чорних дір. Вони збиралися силами гравітації в ще більш масивні об'єкти, поле тяжіння яких притягувало в область свсрхмассівних чорних дір розсіяне у всесвіті речовина. Таким чином, вони ставали центрами галактікообразо- вання, т. Е. Відігравали активну роль в народженні галактик.

Довгий час чорні діри вважали тупиками в еволюції зірок, куди безповоротно «пропадає» речовина і випромінювання. Квантово-механічний аналіз проблеми був недавно проведений видатним фізиком сучасності Стівеном Хокінгом (будучи інвалідом, що пересувається в особливому кріслі і говорить за допомогою синтезатора мови, він є професором кафедри, яку колись очолював Ньютон).

Їм теоретично була відкрита можливість квантового випаровування чорних дір. Не вдаючись у деталі розрахунків, можна пояснити ідею Хокінга за допомогою рис. 86, на якому окружність зображує становище гравітаційного радіуса чорної діри.

По різні боки від уявної кордону (фізично ніяких особливостей простір на ній не має) утворена в результаті флуктуацій енергії фізичного вакууму пара «частка - античастинка». З визначення Рис. 86. Схема народження пари гравітаційного радіуса слід, що у «частинка-античастинка» народжених «близнюків» буде различ- поблизу кордону чорної діри ная доля. Один з них полонений полем

тяжіння чорної діри і повинен в неї впасти. Зате інший, народжений хоча б трохи далі кордону, має шанс залишити область чорної діри.

Закон збереження енергії виконується: енергія поля чорної діри забезпечує поляризацію фізичного вакууму, енергія останнього переходить в 2 тс 2 пари і їх кінетичну енергію. За рахунок останньої одна з частинок пари і йде від місця народження. Саме існування кордону розводить компоненти пари.

Теорія показує, що в принципі можливий потік частинок (так само як і античастинок) від чорної діри. Термін «випаровування» підкреслює флуктуаційний характер процесу і його поступовість. Хокінг вважає, що чорна діра, як випромінювач, еквівалентна абсолютно чорного тіла з температурою

де R, - гравітаційний радіус; ft - постійна Дірака, рівна ft / 2п; з - швидкість світла; до - постійна Больцмана.

Звернемо увагу на одну особливість формули (59). Температура чорної діри обернено пропорційна величині гравітаційного радіуса. У свою чергу, він прямо пропорційний масі Чорної діри. Висновок: чим менше маса Чорної діри, тим вище її ефективна температура. Це означає, що Чорні діри не є «застиглими» об'єктами, вони можуть не тільки поглинати, а й випромінювати, втрачаючи масу. Чим менше буде маса, тим потужніше її теплове випромінювання. При М &

g

М з температура Г ,, * 10 "К. Але міні-діра з масою, приблизно рівною Евересту, матиме температуру близько 10" К! Можна вважати, що міні-діри завершують свою еволюцію з бурхливим виділенням енергії, близьким до вибухового. Таким чином, енергія-маса Черних дір знову повертається і розсіюється у Всесвіті.

 
Переглянути оригінал
< Попер   ЗМІСТ   ОРИГІНАЛ   Наст >