Навигация
Віпромінювання чорної діри
20376
знаков
0
таблиц
0
изображений
2. Віпромінювання чорної діри
Чорна діра народжує частинки. Порівняно великі чорні діри масою в декілька сонячних мають настільки низькою температурою, що можуть робити тільки «безмасові» частинки - частки, що летять завжди зі швидкістю світла і не мають власної маси спокою. До них, відносяться фотони, електронні та мюонні нейтрино, їх античастинки і, нарешті, ще гравітон - кванти гравітаційних хвиль. Чорна діра масою, типовою для зірок, народжує особливо багато нейтрино (81% усього потоку) всіх сортів, потім фотонів (17%) і гравітонів (2%) (рис. 8). Той факт, що різні частинки випромінюються в різних кількостях, пояснюється різницею їхніх властивостей. Нейтрино випромінюється більше за все, тому що їх внутрішній кутовий момент (спін) мінімальний (1 / г), а гравітонів менше за все, так як їх спін максимальний (2).
Чорні діри малої маси мають велику температуру. Так, температура чорних дір масою, меншою; 1017-1016 р, вище 109-1010 К. Ці чорні діри породжують, крім перерахованих частинок, електронно-позитронні пари. Зауважимо, що розміри таких чорних дір становлять усього 1011см (в 1000 разів менше розміру атома).
Ще менші чорні діри масою <5 • 1014 р здатні випромінювати мюони і більш важкі елементарні частинки. Чорна діра масою 1014 г випромінює 12% важких частинок і античастинок, 28% електронів і позитронів,. 48% нейтрино всіх сортів, 11% фотонів і 1% гравітонів (розмір цих чорних дір менше атомного ядра).
Особливу важливість квантові процеси набувають для первинних чорних дірок. Якщо на початку розширення Всесвіту, коли речовина була щільним, утворилися чорні діри масою, меншою 1015г, то всі вони повинні до нашого часу випаруватися. З цієї причини процес, відкритий Хоукінг, має дуже важливе значення для космології. Процес випаровування первинних чорних дірок веде до випромінювання високочастотних фотонів - гамма-випромінювання. Так, чорні діри масою близько 1015 р повинні випромінювати кванти з енергією близько 100 МеВ.
Спостереження таких квантів, що приходять з космосу, в принципі могло б допомогти виявленню первинних чорних дірок. Поки ж вони не виявлені, і можна тільки сказати, що кількість чорних дір масою близько 1015 р у Всесвіті має бути в середньому не більше, ніж десять тисяч на кожен кубічний парсек. Якщо б їх було більше, то загальна кількість гамма-квантів, з енергією близько 100 МеВ було б більше спостережуваного зараз потоку гамма-квантів з космосу.
3. Еволюція зірок
Зоряні рештки можуть бути трьох різновидів: це білі карлики, нейтронні зірки і чорні діри.
Природа білих карликів як «мертвих» зірок стала досить ясна після піонерської роботи С. Чандрасекара на початку 1930-х років. Та термоядерна «піч», яка підтримує структуру звичайних зірок, не може бути причиною стійкості зовнішніх шарів у білих карликів просто тому, що в них вже вичерпано все пальне. Для розуміння того, що ж підтримує структуру білого карлика, розглянемо речовину в серцевині колапсуючої, вмираючої зірки. У міру стиснення зірки тиску і щільності стають такі великі, що всі атоми повністю «роздавлюються». У результаті виходить море вільних електронів, у якому як би «плавають» ядра. Електрони мають спіном, або власним «обертанням», внаслідок чого їх поведінка підкоряється важливого закону природи, що зветься у фізиці принципом заборони Паулі. Згідно з цим, два електрони одночасно не можуть займати одне і те ж місце, якщо їх швидкості і спіни однакові. У міру стиснення вмираючої зірки електрони піддаються тиску до такої міри, що врешті-решт виявляються заповненими всі вакансії можливого розташування і швидкостей електронів. Як тільки це сталося, електрони починають з великою силою діяти один на одного, чинячи опір подальшому стисненню вмираючої зірки. Таким чином, виникає тиск вироджених електронів, що запобігає необмежену стиск (колапс) білого карлика.
Білі карлики відомі астрономам вже протягом багатьох років. Ці зірки настільки звичайні, що до недавніх пір всі вважали їх кінцевим станом усіх вмираючих зірок.
Виконавши детальні розрахунки структури білих карликів, Чандрасекара прийшов до цікавого відкриття: для маси білого карлика існує сувора верхня межа. Тиск вироджених електронів здатне підтримувати речовина мертвої зірки лише в тому випадку, якщо її маса не перевищує приблизно 1,25 маси Сонця. Якщо ж маса вмираючої зірки істотно більше 1,25 сонячної, то навіть потужних сил між виродженими електронами недостатньо для того, щоб протистояти нищівного тиску горішніх шарів зірки. Цей критичний межа маси - близько 1,25 маси Сонця-називається межею Чандрасекара.
Так як білі карлики вельми звичайні і так як не було відомо інших типів «мертвих» зірок, то астрономи вважали, що всі вмираючі зірки примудряються так чи інакше скинути достатню кількість речовини, щоб їх маси опинилися в межах маси Чандрасекара і дали нейтрони. Коли, нарешті, вся зірка майже цілком перетвориться на нейтрони, знову почне відігравати важливу роль принцип заборони Паулі. Сили між нейтронами викличуть появу тиску вироджених нейтронів. Це нове, ще більш могутнє тиск здатний зупинити стиск і веде до появи зоряного тіла нового типу - нейтронної зірки.
Ще через п'ять років, в 1939 р., Ю.Р. Оппенгеймер і Г. Волков опублікували великі обчислення, що доводять плідність цих міркувань. Але так як ніхто ніколи не спостерігав нейтронних зірок, ці пророчі ідеї не знайшли підходящої грунту. По суті справи астрономи просто не знали, де і як їм шукати нейтронні зірки.
У 1054 р. н. е.. астрономи Стародавнього Китаю відзначили появу на небі «зірки-гості» в сузір'ї Тельця. Яскравість цієї нової зірки була настільки велика, що її можна було бачити без праці в сонячний день, Потім вона почала слабшати і незабаром зовсім пропала з поля зору.
Коли сучасні астрономи направили свої телескопи на те місце неба, де, за давніми записами, з'явилася «зірка-гостя», вони виявили чудову Крабоподібна туманність. Крабоподібна туманність є прекрасним прикладом залишку вибуху наднової, а давньокитайських астрономам настільки пощастило, що вони побачили вмираючу зірку, коли вона скидала свою атмосферу.
Наприкінці 1968 астрономів чекала нова радість: був виявлений пульсар, який знаходиться точно посередині Крабоподібної туманності. Цей пульсар, відомий як NP 0532, - самий швидко пульсуючий з усіх пульсарів. Імпульси радіовипромінювання приходять від нього по 30 разів за секунду. Це відкриття дало астрономам привід для підозр, що вмираючі зірки можуть мати якийсь стосунок до пульсара. Безпосередні розрахунки показали, що білі карлики не здатні давати тридцять імпульсів радіошумів в секунду. Прийшла пора воскресити ідеї Бааде, Цвіккі, Оппенгеймера і Волкова.
Усі зірки обертаються і всі вони, ймовірно, володіють магнітними полями. У звичайних умовах обидва цих властивості досить несуттєві. Наприклад, Сонце робить один оборот навколо своєї осі приблизно за місяць. Його магнітне поле до того ж досить слабке. У середньому у Сонця магнітне поле має приблизно таку ж напруженість, як і у Землі. Однак якщо Сонце або подібна йому зірка стане стискатися до розмірів нейтронної зірки, то обидва зазначених властивості придбають виключно важливе значення. Щоб зрозуміти причини цього, уявімо собі фігуристку, що робить пірует на льоду. Це - прямий наслідок фундаментального закону фізики, відомого як закон збереження моменту кількості руху. Подібним же чином, якщо велика зірка, розміром з Сонце, стискається до малого обсягу, то швидкість її обертання стрімко зростає. Тому астрономи вважають, що нейтронні зірки дуже швидко обертаються, ймовірно, швидше, ніж оборот за секунду.
Коли зірка дуже велика, її магнітне поле розподілено по багатьом мільйонам квадратних кілометрів її поверхні. Напруженість магнітного поля в усіх точках поверхні досить невелика. Однак, вмираючи, зірка зменшується в розмірах. То магнітне поле, яке спочатку було розподілено на великій площі, зосереджується на декількох сотнях квадратних кілометрів. При скороченні площі, займаної магнітним полем, його напруженість теж стрімко зростає. Якби зірка начебто Сонця стиснулася до розмірів нейтронної зірки, то напруженість її магнітного поля збільшилася б приблизно в мільярд разів!
У астрономів, які обіймають проблемами нейтронних зірок, є вагомі підстави вважати, що ці зірки швидко обертаються навколо осі і володіють потужними магнітними полями.
Не може існувати нейтронних зірок з масою більше приблизно 2,25 сонячної! Вище цього критичної межі тиск вироджених нейтронів у свою чергу виявляється недостатнім, щоб підтримати вмираючу зірку.
Спостереження подвійних зірок свідчать про те, що у Всесвіті існують зірки з масами до 40 або 50 сонячних. Розрахунки процесів еволюції зірок говорять про те, що масивні зірки старіють дуже швидко. Припустимо, що вмираюча масивна зірка не викине все зайве речовина в космічний простір спалахнувши як найновіша, нехай тому, що залишилася від зірки мертва серцевина володіє масою більше 3 сонячних мас. Така зірка не може стати білим карликом, так як її маса значно перевищує межу Чандрасекара. Така зірка не може стати і пульсаром, бо її маса занадто велика, щоб її могла витримати тиск виродженого нейтронного газу. Що вмирає зірка, мертва серцевина якої містить речовини більше 3 сонячних мас просто стає менше і менше. Спрямована всередину нищівного сила ваги мільярдів тонн речовини не може зустріти гідного опору. У міру стиснення зірки напруженість гравітаційного поля навколо неї стає все більше. У ході триваючого стиснення наростає викривлення простору-часу. Нарешті, коли зірка стиснеться до поперечника у кілька кілометрів, простір-час «згорнеться» і зірка зникне, а те, що залишиться, називається чорною дірою.
Висновок
В останні роки наші уявлення про чорні діри помітно змінилися. Ще недавно ці об'єкти вважалися екзотичними. Тепер астрономи впевнені, що Всесвіт рясніє чорними дірами. За розрахунками вчених, їх не менше 400 мільйонів. Парадоксально, але факт: майже половина всього світла у Всесвіті породжена самими похмурими космічними об'єктами - чорними дірами. Вони перетворюють речовину в енергію світла ефективніше, ніж будь-яка зірка.
Однак механізм колапсу разюче нагадує схему формування чорної діри. Коли зірка «вигорає», її руїни під дією власної ваги стискаються. На місці зірки утворюється неймовірно щільний об'єкт - чорна діра. Навіть світло не повинно вирватися з її надр. У той же час лише на її прикладі можна вивчати процеси, які передували Великого Вибуху і привели до народження нового Всесвіту. Чорна діра - їх жива модель, що замінює космологам складні математичні формули, якими вони описують Великий Вибух.
Складнішим стає і уявлення про чорних дірах. Астрономи навчилися розрізняти в цих згустках мороку кілька різновидів:
* Мініатюрні чорні діри діаметром кілька кілометрів; вони утворюються при колапсі зірки, і їх маса незначно перевищує масу Сонця;
* Чорні діри середніх розмірів; вони утворюються при злитті мініатюрних чорних дірок, і їх маса в10 - 100 тисяч разів перевищує масу Сонця;
* Надмасивні чорні діри, вони в мільйони, а то і в мільярди разів важчі за Сонце; подібні прірви розверзаються в центрі галактик.
Будь-яка чорна діра здається настільки дивним об'єктом, що навіть уяви бракує нам, коли ми намагаємося подумки зазирнути в її надра, адже вона ні на що не схожа - ні на зірки, ні на комети.
Список використовуваної літератури
1. Вайнсберг С. Перші три хвилини. М.: Энергоиздат. 1981
2. Кауфман У. Космічні рубежі теорії відносності. М.: Мір.1981
3. Новіков І.Д. Чорні дірки у Всесвіті. М.: Знание. 1977
4. Новіков І.Д. Енергетика чорних дір. М.: Знание. 1986
5. Знання - сила / / Волков А. Прямуючи в чорну діру. Б.м. - 2005. - № 4 С.19 - 25
6. Наука і життя / К. Чорні діри Б.М.
Похожие работы
... оксидні руди). Однак, як показують новіші оцінки ДГП “Геопрогноз”, загальні запаси таких руд швидко вичерпуються (їх вистачить приблизно на 20 років). Марганцеворудною базою чорної металургії України є Придніпровський марганцеворудний басейн. Він склався з 3 великих районів: Нікопольського, Інгулецько-Дніпровського та Великотокмацького (зосереджує основні промислові запаси України – 1,4 млрд тонн ...
... запасів готової продукції призводить до зниження об’єму продаж, яке може прийняти довгостроковий характер. Низка меткомпаній уже скоротили виплавку сталі, інші – збираються наслідувати їх приклад. 1.3 Регулювання світового ринку чорних металів Основним положенням неокласичної школи є те, що вільна торгівля підвищує рівень життя населення в усіх країнах — як у тих, що експортують товари, так i ...
... а також білобрюхим тюленем. Деякі види тварин, що не мешкають в Чорному морі, часто заносяться в нього через протоки Босфор і Дарданелли течією або припливають самостійно [11]. Порівняльна таблиця Чорного та Червоного морів Показник Червоне море Чорне море Площа 460 тис. км² 422 тис. км² Глибина 3039 м 2210 м Середня температура січня 15,5° на півночі, 24° - на півдні в ...
... на Україні: («Тарас Бульба» М. Гоголя і «Чорна рада» П. Куліша в світлі історичної романтики Вальтера Скотта) // Пер. з англ. – К., 1993. – 290 с. 3. Бандура О. Вивчення роману П. Куліша «Чорна рада»: Хроніка 1663р. // Українська мова і література в школі. – 1992. – № 11-12. – с. 24-29. 4. Балтівець С. Психологічні особливості вивчення поезії П.Куліша // Дивослово. – 1995. - № 4. – с. 44-49. ...
0 комментариев