Обнаружение нейтронных звезд спустя 30 лет после того, как теоретически была предсказана возможность цх существования, является триумфом теории и аргументом, подтверждающим тезис Гегеля, что все разумное существует.
Несколько лет назад была предсказана возможность существования еще более необычайных для нашего понимания объектов, получивших название «черных дыр». Чтобы составить представление о природе и возможном процессе формирования этих объектов, рассмотрим для примера звезду, масса которой m в пять раз превосходит массу Солнца, а радиус R равен трем радиусам Солнца. Примерно такими характеристиками обладают звезды спектрального класса В8.
Критическая скорость на поверхности сферического тела определяется формулой
υ=√(2Gm/R) (1)
и для рассмотренной звезды она оказывается равной 800 км/с, т. е. в 70 раз больше, чем на поверхности Земли.
Ускорение силы тяжести на поверхности звезды
a=(Gm)/R2
оказывается равным 1,7 км/с2 и в 170 раз превосходит гравитационное ускорение на поверхности Земли.
Звезда находится в равновесном состоянии, так как гравитационная сила, стремящаяся, ее сжать, уравновешивается световым и газовым давлением. Если бы плотность звезды была всюду одинакова, то давление в ее центре, вызываемое гравитационными силами, которым противостоят силы газового и светового давления, равнялось бы
p=(3m2)/(8πGR4) (2)
Для рассмотренной звезды это давление составило бы огромную величину — около полутора миллиардов тонн на квадратный сантиметр. На самом деле плотность от поверхности к центру возрастает, и давление в центре звезды всегда значительно больше величины в правой части формулы выше.
Световое давление в недрах звезды поддерживается благодаря термоядерной реакции превращения водорода в гелий, сопровождающейся выделением энергии, переходящей в энергию излучения, которая затем медленно просачивается сквозь тело звезды и уходит с ее поверхности в мировое пространство. Однако, наступает момент, когда весь водород в центральных областях звезды, где температура достаточно высока и составляет несколько миллионов градусов, оказывается исчерпанным. Реакция приостанавливается. Так как энергия через излучение продолжает расходоваться, температура внутренних областей звезды понижается, и ослабленное световое давление начинает уступать гравитационному давлению. Внутренние области звезды сжимаются. При сжатии потенциальная энергия превращается в тепловую, температура центральных областей снова повышается, но тепловая энергия расходуется на излучение, и потому сжатие продолжается до тех пор, пока температура в центральной области звезды не достигнет нескольких сотен миллионов градусов. При этой температуре начинает действовать термоядерная реакция, при которой из трех атомов гелия образуется один атом углерода. После исчерпания гелия происходит новый процесс сжатия звезды, аналогичный тому, который последовал за выгоранием водорода, и вступают в действие новые различные термоядерные реакции, последовательность которых может длиться до образования железа. И в течение всех этих процессов звезда продолжает излучать энергию и сжиматься.
На самом деле теоретические расчеты показывают, что сжимается сначала лишь внутренняя область звезды, а ее атмосфера, оболочка, после выгорания водорода даже расширяется и охлаждается, так что звезда превращается в красный гигант. Однако эта стадия временная, в дальнейшем сжатие берет верх. При этом у звезд определенных классов, в результате накопления на некоторой глубине энергии, сбрасывается оболочка, происходит явление вспышки новых и сверхновых звезд.
Теоретическое исследование процессов показывает, что окончательная судьба звезд полностью зависит от величины их массы. Если масса звезды меньше, чем 1,2 массы Солнца, то она завершает свою эволюцию как белый карлик. При массах, заключенных между 1,2 и 3 массами Солнца, звезда, превращается в нейтронную звезду. При этом на конечной стадии ей предшествует мощный сброс оболочки — вспышка сверхновой.
Если же масса звезды превышает три солнечные массы, то, оказывается, в соответствии с формулой (2), при уменьшении радиуса гравитационное давление в центральной области звезды становится настолько сокрушающе большим, что давление газа и световое давление не могут ему противодействовать в принципе. Перестает действовать закон, согласно которому увеличение сжатия сопровождается соответствующим увеличением его противодействия. Происходит так называемый коллапс, звезда оказывается раздавленной своей тяжестью. Так как радиус звезды при сжатии становится очень малым, формула (2) показывает, что ускорения при коллапсе — падении всей материи звезды в ее центр — чрезвычайно велики и, следовательно, очень велика становится и скорость падения.
Наконец, формула (1) показывает, что когда радиус звезды становится достаточно малым, критическая скорость на поверхности звезды станет равной скорости света. Подставим в равенство (1) вместо υ значение скорости света и решим его относительно R:
Rg=(2Gm)/c2 (3)
Величину Rg называют гравитационным радиусом звезды. Если радиус звезды стал меньше этой величины, то критическая скорость на ее поверхности становится больше скорости света. А так как в природе не может быть скорости, большей скорости света, то ничто не может выходить из этой звезды и удаляться, даже ее излучение. При этом звезда обладает сильным гравитационным полем, способным втягивать в себя окружающую ее материю. Звезда всё втягивает, всё поглощает, но ничего не выпускает, ничто не способно из нее выйти, даже излучение. Название, придуманное для таких звезд — «черные дыры», — нужно признать весьма удачным.
По формуле (3) находим, что гравитационный радиус рассмотренной звезды равен 30 км. Пять масс Солнца в шарике радиусом в 30 км! По этой формуле можно подсчитать, что если бы каким-нибудь образом Земля превратилась в «черную дыру», то ее гравитационный радиус равнялся бы всего 0,89 см. Вся Земля в шарике размером с вишенку!
Можно ли надеяться обнаружить «черные дыры», если они в действительности существуют? Казалось бы, нет. «Черные дыры» не излучают. Размеры их очень малы, и потому они не могут наблюдаться как темные объекты, заслоняющие свет звезд.
Но возможны косвенные методы обнаружения. При втягивании «черной дырой» из пространства диффузной материи движение последней будет чрезвычайно сильно ускоряться и, в общем случае, носить сложный характер. В окрестности «черной дыры» столкновения диффузных масс должны сопровождаться очень сильным разогревом и излучением, характерная особенность которого состоит в том, что значительная часть энергии будет коротковолновой — в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах. Это излучение, поскольку оно исходит не из самой «черной дыры», а из его окрестности, способно достигнуть наблюдателя и явиться признаком «черной дыры».
Таинственные черные дыры в Атлантическом океане
На спутниковых снимках южного района Атлантического океана обнаружилось два загадочных водоворота, которые напоминают черную дыру. Раньше подобных супермощных воронок, которые всасывают воду на глубину, не встречалось.
По словам специалистов, их силы хватит, чтобы засасывать суда, различный мусор и даже живых существ. По предварительным данным, каждую секунду через воронку проходит около 1 300 000 куб. м. воды. Две океанские «черные дыры» обнаружила команда ученых из Майами и Цюриха, которая наблюдала за океаном на протяжении трех месяцев.
При помощи этого открытия можно объяснить, куда исчезает океанический мусор. Кроме того, оно может повлиять на исследования климатических изменений.
Напомним, что астрономические черные дыры – это области в пространстве-времени с настолько сильным гравитационным притяжением, что оттуда не могут выбраться объекты, которые перемещаются со скоростью света. Астрономы признали их существование благодаря солнечному свету, которые обтекает их.
Похожим образом работают и океанические водовороты, вращение которых происходит по спирали. Они захватывают любые объекты, которые оказываются поблизости. Для описания океанских водоворотов ученые обратились к рассказу Эдгара Аллена По «Низвержение в Мальстрем», опубликованному в 1841 году: «Край вихря был представлен широкой полосой блестящих брызг, но никакая частица этого не проскользнула в потрясающую воронку».
Отметим, что способность использовать математические принципы космических черных дыр для водных потоков на Земле – это неожиданный побочный эффект общей теории относительности. Судя по спутниковым данным, данное явление встречается в южном районе Атлантического и юго-западном районе Индийского океана. По словам специалистов, это происходит из-за движущегося на юг течения Агульяс Индийского океана.
В течение трех месяцев удалось обнаружить два водоворота, которые имитируют черные дыры. По словам Джорджа Халлера из федерального технологического института в Цюрихе (Швейцария) и Университета Майами (Флорида), работавшего над исследованием, были найдены исключительно когерентные потоки на территории Южной Атлантики, которые аналогичны фотонным потокам, находящимся в сферах рядом с черными дырами.
По словам ученых, после нескольких месяцев наблюдений выяснилось, что океанские течения никак не влияют на воронки. «Черные дыры» в океане могут переместить воду с разной соленостью и температурой в другие части океана, которые могут оказывать влияние на региональный климат.
Стоит отметить, что недавно обнаружилось, что вода в вихрях перемещается в северо-западном направлении примерно на 30% быстрее, чем предполагалось ранее. Также было установлено, что основание воронки находится на глубине, как минимум, 2000 метров.
- Подпись автора
Ежеминутно уходит из жизни по одному дыханию. И когда обратим внимание, их осталось уже немного.
)
