КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина VI

ФІЗИКА ЗІР І ТУМАННОСТЕЙ

Розділ 14

НОРМАЛЬНІ ЗОРІ

14.8. Поняття про чорні діри

Можливість існування чорних дір випливає із загальної теорії відносності. З іншого боку, теорія еволюції зір дає змогу зробити висновок, що чорні діри є наслідком, зокрема, еволюції тих зір, маси яких у десять і більше разів перевищує сонячну (див. підрозділ 21.5).

У загальній теорії відносності нема поняття сили. Проте, якщо її ідеї перевести на мову класичної механіки, то замість рівняння (6.2) для закону всесвітнього тяжіння отримуємо вираз:

image64

де

image65

є гравітаційний радіус тіла, або радіус сфери Шварцшільда; M — маса силового центра; m — маса пробної частинки.

Як бачимо, у класичній механіці сила гравітаційної взаємодії двох тіл F→ ∞о, якщо відстань між ними r → 0. З урахуванням ефектів загальної теорії відносності F→∞ го при r → Rg. Отже, чорна діра — це об'єкт, на «поверхні» якого сила тяжіння має нескінченно велике значення. Тому ніяка частинка, жоден квант випромінювання не може вирватися назовні з цього об'єкта. Єдине, що може вказати посередньо на існування чорної діри — це енергійне випромінювання частинок, що зударяються, при їхньому русі по спіральних траєкторіях в напрямі до чорної діри. З формули (14.33) випливає, що при M = Мʘ величина Rg дорівнює 3 км, в усіх інших випадках Rg = 3(М /Мʘ) км.

З чорними дірами пов'язано декілька важливих ефектів. Передовсім, якщо справді речовина звичайної зорі стискається за сферу Шварцшільда, то з точки зору далекого спостерігача поверхневий шар зорі перетне цю сферу в нескінченно далекому майбутньому. Тим часом уявний мандрівник, який перебував би на згаданій поверхні, перетне цю сферу за невеликий відрізок часу (у своїй власній системі відліку часу).

Особливо цікавим є випадок, коли чорна діра швидко обертається навколо своєї осі. Тоді виділяють її межу стійкості — своєрідну зовнішню межу, ближче якої немає стаціонарних орбіт (її ще називають поверхнею нескінченного червоного зміщення), і горизонт подій. Між ними знаходиться ергосфера. Можлива ситуація, за якою частинка речовини, потрапивши в ергосферу, розділиться на дві частини, одна з яких провалюється за горизонт подій, інша вилітає назад з енергією, що значно перевищує початкову.

І, нарешті, поблизу чорних дір у потужному гравітаційному та електричному полях можуть породжуватися елементарні частинки. Такий процес відбувається у вакуумі завжди: віртуальні частинки з'являються парами і тут-таки зникають (анігілюють), знову переходять у віртуальний стан. Поблизу ж чорної діри, яка має певне електричне поле, одна з породжених частинок провалюється в чорну діру, тоді як інша залишається назовні у реальному стані.

Теоретичні оцінки показують, що кількість чорних дір у Галактиці може досягати сотень мільйонів. Проте виявити цей об'єкт можна лише у випадку, коли він є компонентом подвійної системи. Тут відбувається обмін масою між компонентами (див. підрозділ 15.6). І якщо з оболонки звичайної зорі газ перетікає в напрямі до чорної діри, то в її полі тяжіння він буде рухатися по спіральних траєкторіях і різко розігріватися завдяки силам тертя. Температура такого газового диска досягає десятків мільйонів кельвінів. Тому цей об'єкт повинен бути джерелом потужного рентгенівського випромінювання.

Сьогодні відомі декілька кандидатів у чорні діри. Найімовірнішим вважають невидимий компонент подвійної системи — потужне джерело рентгенівського випромінювання Лебідь Х-1. Видимий компонент системи — це надгігант спектрального класу B0. Маса невидимого об'єкта перевищує 6М0, тобто вона більша за межу Чандрасекара та Опенгеймера — Волкова, а отже цей об'єкт справді може бути чорною дірою.

Ще два приклади — подвійні системи V404 Лебедя і V616 Однорога. За оцінками маса невидимого компонента V404 Лебедя перевищує 6Мʘ, а для компонента V616 Однорога вона ймовірно є у межах від 3Мʘ до 16Mʘ.

Вважається, що надмасивні чорні діри можуть формуватися у центральних частинах галактик і кулястих зоряних скупченнях внаслідок злиття багатьох зір у ділянках їх високої просторової концентрації.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.