Жизь звезд: Черные дыры
Жизь звезд: Черные дыры
|
Во что превращаются звезды в конце жизни: Черные дыры Термин "черная дыра" был весьма удачно введен в науку Джоном Уиллером в 1968 для обозначения "застывшей", сколлапсировавшей звезды. |
Термин "черная дыра" был весьма удачно введен в науку Джоном Уиллером в 1968 для обозначения "застывшей", сколлапсировавшей звезды. Рассмотрим, что происходит при сжатии шара с массой M и радиусом R.
Хорошо известно, что для того, чтобы преодолеть силу притяжения такой массы, частица на поверхности должна приобрести вторую космическую скорость
, где G - постоянная тяготения Ньютона. Ясно, что при уменьшении радиуса при постоянной массе эта скорость возрастает и может достичь скорости света - предельной скорости, с которой могут двигаться любые физические объекты. Это наступает когда радиус тела становится равным 
. Численно этот радиус, называемый гравитационным радиусом, равен примерно 3 км для массы Солнца. Если установить на поверхности шара часы, испускающие периодический сигнал, то при сжатии шара период колебаний для далекого наблюдателя нчинает возрастать, сигнал приходит все реже и реже (хотя в системе отсчета самих часов ровным счетом ничего не происходит!) и наконец при приближении к гравитационному радиусу время ожидания следующего сигнал асимптотически стремится к бесконечности.Поскольку любая информация может передаваться не более чем со скоростью света, коллапсирующее тело как бы уходит за горизонт событий для далекого наблюдателя. Что происходит с веществом коллапсирующего тела? Его плотность увеличивается но все время остается конечной, а момент прохождения гравитационного радиуса никак не выделен. Аналогично можно рассмотреть как меняется длина волны принимаемого излучения, ведь свет - это колебания электромагнитного поля. Значит, при коллапсе длина волны света (период колебаний!) возрастают (свет "краснеет"), энергия принимаемых фотонов, обратно пропорциональная длине волны, уменьшается и стремится к нулю по мере достижения телом гравитационного радиуса.
Итак, если в начале коллапса имелась светящаяся звезда, то для наблюдателя она постепенно "краснеет" и затухает. Что остается? Остается масса, создающая гравтационное поле. На достаточно больших расстояниях от черной дыры ее гравитационное поле неотличимо от гравитационного поля любого тела той же массы. Оказывается, что кроме массы черная дыра может еще характеризоваться моментом вращения и электрическим зарядом. Магнитного поля у ченых дыр быть не может. Удивительно, но самые "экзотические" с точки зрения образования и проявления космичесике объекты - черные дыры - устроены гораздо проще, чем самые обычные звезды или планеты. У них нет химического состава, их строение не связано с различными типами взаимодействия вещества - они описываются только уравнениями гравитации Эйнштейна. Но если черные дыры "не светят", то как же можно судить о реальности этих объектов в Галактике и во Вселенной?
На этот фундаментальный вопрос есть только один ответ: изучая особенности гравитационного поля в очень компактных областях пространства. Например, для этого надо "поискать" черные дыры в окружении вещества и изучая движение этого вещества делать заключение об особенностях гравитационного поля. К счастью, такая ситуация в Галактике может быть реализована в тесных двойных звездах. Как мы упоминали, приливные силы в тесной системе могут срывать вещество с нормальной звезды. Вещество, притягиваясь к черной дыре, закручивается в вихрь (так называемый аккреционный диск) вокруг притягивающей массы. Если в центре находится черная дыра, то изучая рентгеновское излучение, идущее из внутренних, самых близких и самых горячих частей диска, можно судить о свойствах пространства-времени вблизи черной дыры.
В настоящее время (осень 1996 г.) существуют косвенные доказательства существования черных дыр в 11 тесных двойных рентгеновских звездах. Наиболее известные "кандидаты" - источники Лебедь Х-1, Лебедь Х-3, а также рентгеновские Новые. Основные аргументы в пользу существования черных дыр в этих системах сводятся:
Последние достижения рентгеновской астрономии (особенно возможность исследования миллисекундной переменности рентгеновского излучения), новые возможности оптических телескопов для регистрации очень слабых потоков света дают надежду, что твердое доказательство существования черных дыр звездной массы в Галактике будет получено в течение ближайших 5-10 лет. Но очень вероятно, что "открытие" ченых дыр будет связано совершенно с новым, еще только развивающимся направлением астрономии - гравитационно-волновой астрономией. Первые гравитационно-волновые детекторы, способные, как предполагают их разработчики, регистрировать необычайно слабые гравитационные волны, будут введены в действие уже к 2000 году. Есть большая вероятность, что первые обнаруженные этими детекторами космические источники окажутся двойными черными дырами, сливающимимся из-за потерь орбитальной энергии на гравитационное излучение.
Что век грядущий нам готовит?
« Назад