Черные дыры - polpoz.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Черные дыры - страница №1/1

Черные дыры

Одни вспышки сверхновых полностью разрушают звезду, которая их породила, после других остается нейтронная звезда. Но взрывы сверхновых не обязательно приводят к таким последствиям. Некоторые коллапсирующие звездные ядра не способны породить нейтронную звезду и образуют удивительные объекты, называемые черными дырами, - столь плотные области, что они почти (но не совсем!) исчезают из нашего поля зрения. Черные дыры столь фантастичны с точки зрения нашего повседневного опыта, что в течение десятилетий физики рассматривали их лишь как теоретическую модель, считая маловероятным их реальное существование. Однако теперь мы должны учитывать возможность того, что значительная часть материи во Вселенной может быть заключена в черных дырах и что сама Вселенная может быть своего рода черной дырой.

 



Черные дыры, конечный продукт действия гравитационных сил, представляют собой скопления вещества со столь сильным гравитационным полем, что из него ничто не может выйти. Любой объект, обладающий массой, притягивает к себе другие тела, и сила притяжения между любыми двумя телами пропорциональна произведению их масс, деленному на квадрат расстояния между их центрами. Рассмотрим объект, находящийся на поверхности коллапсирующей звезды. При коллапсе расстояние между центрами объекта и звезды катастрофически уменьшается. Еще быстрее уменьшается квадрат этого расстояния и соответственно увеличивается притяжение между звездой и объектом. Если, например, размер звезды уменьшится в 100000 раз (105), то сила тяжести возрастет в 10 млрд. (1010) раз.

Такое увеличение силы тяжести чрезвычайно затрудняет «побег» любого объекта с поверхности звезды. Все мы хорошо знаем, что людям, чтобы преодолеть притяжение Земли, приходится строить мощные и дорогостоящие ракетные двигатели, способные генерировать огромные количества кинетической энергии. Даже частицы, не имеющие массы покоя, например фотоны, также должны затратить некоторую энергию, чтобы покинуть поверхность Земли. Мы сконцентрировали внимание на законе всемирного тяготения Ньютона, согласно которому частицы, обладающие массой покоя, притягиваются друг к другу. Но частицы без массы покоя: фотоны, нейтрино и антинейтрино - также подвержены действию гравитационных сил.

 

Знаменитый эксперимент, впервые поставленный в 1919 г. и затем неоднократно повторенный со всевозрастающей точностью, показывает, что сила притяжения Солнца искривляет траектории световых лучей, проходящих вблизи него. Эйнштейн первым предсказал, что гравитационные силы должны отклонять частицы, не имеющие массы покоя, от прямолинейной траектории. Эксперимент, выполненный на борту космического аппарата «Викинг», показал правильность сделанных Эйнштейном расчетов этого отклонения с ошибкой менее 1%.


Если фотоны «ощущают» силу гравитации, значит, они должны затратить некоторую энергию, чтобы преодолеть эту силу, так же как ракета должна затратить энергию на преодоление земного притяжения. Потери энергии фотоном (гравитационное красное смещение) были измерены не только на Земле (где сила гравитации много слабее, чем на очень плотных звездах), но и для фотонов, покидающих Солнце и белые карлики, где эти потери достигают 1 /200% первоначальной энергии. Когда этот эффект был впервые измерен (в 1928, он считался чрезвычайно большим, но он бледнеет при сравнении с гравитационным красным смещением вблизи действительно плотных объектов.


Теория гравитации предсказывает, что фотон, покидающий источник гравитации, должен затратить определенную долю своей первоначальной энергии. Эта доля одинакова для всего электромагнитного спектра. Доля теряемой энергии пропорциональна массе объекта, деленной на первоначальное расстояние фотона от его центра. Если мы наблюдаем излучение, испущенное с поверхности объекта, то потери определяются отношением массы объекта к его радиусу. Если это отношение возрастает, излучение должно терять все большую и большую долю своей энергии, покидая поверхность объекта. Можно вообразить ситуацию, когда фотон должен потерять всю свою энергию, т. е. вообще не сможет покинуть объект. Тогда объект по определению становится черной дырой - ни один фотон не может его покинуть. А если фотоны и другие частицы без массы покоя не могут уйти, то частицам с массой покоя это тем более недоступно. Объект становится поистине черным, так как он не испускает ни света, ни радиоволн, ни чего-либо еще.

 

Легко рассчитать момент, в который свет перестанет излучаться с поверхности коллапсирующего звездного ядра. Поскольку потери энергии определяются отношением массы к радиусу, объект станет черной дырой, если это отношение превысит некоторое значение. Для объекта массой, равной массе Солнца, критический радиус (или радиус Шварцшильда) составит 3 км, а для объекта в 10 раз массивнее Солнца критический радиус также увеличится в 10 раз, т.е. составит 30 км. Любой объект, который сожмется до размера меньше критического радиуса, становится черной дырой. Но с какими объектами это может произойти?




Ответ гласит, что это коллапсирующие звезды с массами, в несколько раз превышающими массу Солнца. Вычисления показывают также, что только нейтронные звезды с массами менее 3-5 масс Солнца могут существовать долго. (Из-за сложности расчетов мы не можем точно указать возможный верхний предел масс.) Сколлапсировавшие звезды с массами, в 3-5 раз превосходящими массу Солнца, просто не могут никакими способами противостоять собственной силе гравитации. Такие звезды подвергаются катастрофическому гравитационному коллапсу, их вещество падает внутрь, пока они не станут черными дырами.


izumzum.ru