Чорнi дiри
Информация - Авиация, Астрономия, Космонавтика
Другие материалы по предмету Авиация, Астрономия, Космонавтика
В°далi, в мiру розвитку колапсу, нашому дослiдниковi доводиться направляти променi вгору все ближче до вертикалi, щоб вони могли назавжди пiти вiд зiрки. Врештi-решт, на деякiй критичнiй стадii колапсу дослiдник виявить, що вже нiякоi промiнь не в змозi пiти вiд зiрки. Як би наш дослiдник нi направляв свiй прожектор, його промiнь все одно змiнюСФ свiй напрямок так, що знову падаСФ вниз, на зiрку. Тодi кажуть, що зiрка пройшла свiй горизонт подiй. Нiщо, опинившись за горизонтом подiй, не може вийти назовнi, навiть свiтло. Дослiдник вмикаСФ свiй радiопередавач i виявляСФ, що вiн нiчого не може передати залишилися зовнi, оскiльки радiохвилi не здатнi вирватися за обрiй подiй. Наш дослiдник буквально зникаСФ з зовнiшньоi Всесвiту.
Термiн горизонт подiй - дуже вдала назва для тiСФi поверхнi в просторi-часу, з якою нiщо не може вибратися. Це справдi обрiй, за яким всi подii пропадають з поля зору. РЖнодi горизонт подiй, що оточуСФ чорну дiру, називають ii поверхнею.
Знаючи рiшення Шварцшильда, можна розрахувати положення горизонту подiй, що оточуСФ чорну дiру. Наприклад, поперечник сфери горизонту подiй чорноi дiри з масою, рiвною 10 сонячних мас, становить близько 60 км. Як тiльки вмираюча зiрка з масою в 10 сонячних мас стиснеться до поперечника в 60 км, простiр-час настiльки сильно скривилося, що навколо зiрки виникне горизонт подiй. У результатi зiрка зникне.
У момент, коли вмираюча зiрка пiде за свiй горизонт подiй, ii розмiри ще досить великi, але нiякi фiзичнi сили вже не зможуть зупинити ii подальше стиснення. РЖ зiрка в цiлому продовжуСФ стискатися, поки, нарештi, не припинить своСФ iснування в точцi в центрi чорноi дiри. У цiй точцi нескiнченно тиск, нескiнченна щiльнiсть i нескiнченна кривизна простору-часу. Це мiiе в просторi-часу iменуСФться сингулярностi.
Перш за все, чорну дiру оточуСФ фотонна сфера, що складаСФться з променiв свiтла, що рухаються по нестiйким кругових орбiтах. Всерединi фотонiв сфери знаходиться горизонт подiй - односторонньо пропускаСФ поверхню в просторi-часу, з якою нiщо не може вирватися. Нарештi, в центрi чорноi дiри знаходиться сингулярнiсть. Все те, що провалюСФться крiзь горизонт подiй, засмоктуСФться в сингулярнiсть, де воно пiд дiСФю нескiнченно сильно викривленого простору-часу припиняСФ своСФ iснування. Пiсля того як вмираюча зiрка заходить за свою фотонних сферу i наближаСФться до горизонту подiй, вiд неi в навколишнСФ Всесвiт може вирватися все менше i менше свiтлових променiв. У мiру наближення катастрофiчного колапсу масивноi зiрки до його неминучого кiнця, променям свiтла з поверхнi зiрки стаСФ все важче i важче пiти назавжди вiд зiрки.
З наближенням поверхнi зiрки до горизонту подiй ii яскравiсть убуваСФ з неймовiрною швидкiстю. Через всього 1 / 1000 з пiсля початку гравiтацiйного колапсу конус виходу стаСФ настiльки вузьким, що лише одна квадрильйон (10 ~ 15!) Свiтла зiрки може вислизнути в зовнiшню Всесвiт. Усього мить i колишня яскрава зiрка стаСФ майже зовсiм чорноi.
Одночасно з швидким ослабленням яскравостi вмираючоi зiрки вступаСФ в гру й iнший важливий ефект. Тяжiння викликаСФ уповiльнення перебiгу часу. Цей ефект iменуСФться гравiтацiйним червоним змiщенням бо свiтло, яке випускаСФться атомами, зануреними у гравiтацiйне поле, змiщуСФться у бiк бiльш довгих хвиль. Тому в ходi посилення гравiтацiйного поля поблизу зiрки в процесi ii колапсу свiтло, яке випускаСФться атомами на поверхнi цiСФi зiрки, вiдчуваСФ все бiльшу i бiльшу червоне змiщення. Тому для спостерiгаСФ ii з боку астронома коллапсуюча зiрка стаСФ одночасно i слабкою, i випромiнюючоi свiтло все бiльш довгих (бiльш червоних) хвиль.
2. Вiпромiнювання чорноi дiри
Чорна дiра народжуСФ частинки. Порiвняно великi чорнi дiри масою в декiлька сонячних мають настiльки низькою температурою, що можуть робити тiльки безмасовi частинки - частки, що летять завжди зi швидкiстю свiтла i не мають власноi маси спокою. До них, вiдносяться фотони, електроннi та мюоннi нейтрино, iх античастинки i, нарештi, ще гравiтон - кванти гравiтацiйних хвиль. Чорна дiра масою, типовою для зiрок, народжуСФ особливо багато нейтрино (81% усього потоку) всiх сортiв, потiм фотонiв (17%) i гравiтонiв (2%) (рис. 8). Той факт, що рiзнi частинки випромiнюються в рiзних кiлькостях, пояснюСФться рiзницею iхнiх властивостей. Нейтрино випромiнюСФться бiльше за все, тому що iх внутрiшнiй кутовий момент (спiн) мiнiмальний (1 / г), а гравiтонiв менше за все, так як iх спiн максимальний (2).
Чорнi дiри малоi маси мають велику температуру. Так, температура чорних дiр масою, меншою; 1017-1016 р, вище 109-1010 К. Цi чорнi дiри породжують, крiм перерахованих частинок, електронно-позитроннi пари. Зауважимо, що розмiри таких чорних дiр становлять усього 1011см (в 1000 разiв менше розмiру атома).
Ще меншi чорнi дiри масою <5 1014 р здатнi випромiнювати мюони i бiльш важкi елементарнi частинки. Чорна дiра масою 1014 г випромiнюСФ 12% важких частинок i античастинок, 28% електронiв i позитронiв,. 48% нейтрино всiх сортiв, 11% фотонiв i 1% гравiтонiв (розмiр цих чорних дiр менше атомного ядра).
Особливу важливiсть квантовi процеси набувають для первинних чорних дiрок. Якщо на початку розширення Всесвiту, коли речовина була щiльним, утворилися чорнi дiри масою, меншою 1015г, то всi вони повиннi до нашого часу випаруватися. З цiСФi причини процес, вiдкритий Хоукiнг, маСФ дуже важливе значення для космологii. Процес випаровування первинних чорних дiрок веде до випромiнювання високочастотних фотонiв - гамма-випр