WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Релятивістські об’єкти астрофізики - Курсова робота

Релятивістські об’єкти астрофізики - Курсова робота

IV.II Формування чорних дірок.

Найочевидніший шлях утворення чорної дірки - колапс ядра масивної зірки. Поки в надрах зірки не виснажився запас ядерного палива, її рівновага підтримується за рахунок термоядерних реакцій (перетворення водню на гелій, потім у вуглець, і т.д., аж до заліза у найбільш масивних зірок). Що виділяється при цьому тепло компенсує втрату енергії, що йде від зірки з її випромінюванням і зоряним вітром. Термоядерні реакції підтримують високий тиск в надрах зірки, перешкоджаючи її стисненню під дією власної гравітації. Проте з часом ядерне паливо виснажується і зірка починає стискатися. Найшвидше стискається ядро зірки, при цьому воно сильно розігрівається (його гравітаційна енергія переходить в тепло) і нагріває оболонку, що оточує його. У результаті зірка втрачає свої зовнішні шари у вигляді повільної планетарної туманності, що розширюється, або катастрофічно скинутої оболонки найновішої. А доля ядра, що стискається, залежить від його маси. Розрахунки показують, що якщо маса ядра зірки не перевершує трьох мас Сонця, то вона "виграє битву з гравітацією": його стиснення буде зупинено тиском виродженої речовини, і зірка перетвориться на білий карлик або нейтронну зірку. Але якщо маса ядра зірки більше три сонячних, то вже ніщо не зможе зупинити його катастрофічний колапс, і воно швидко піде під горизонт подій, ставши чорною діркою. Як випливає з формули для rg, чорна дірка з масою 3 сонячних має гравітаційний радіус 8,8 км. Астрономічні спостереження добре узгоджуються з цими розрахунками: всі компоненти подвійних зоряних систем, що проявляють властивості чорних дірок (у 2005 їх відомо близько 20), мають маси від 4 до 16 мас Сонця. Теорія зоряної еволюції указує, що за 12 млрд. років існування нашої Галактики, що містить близько 100 млрд. зірок, в результаті колапсу найбільш масивних з них повинне було утворитися декілька десятків мільйонів чорних дірок. До того ж, чорні дірки дуже великої маси (від мільйонів до мільярдів мас Сонця) можуть знаходитися в ядрах крупних галактик, зокрема, і нашій. Про це свідчать астрономічні спостереження, хоча шляхи формування цих гігантських чорних дірок не цілком ясні. Якщо в нашу епоху висока щільність речовини, необхідна для народження чорної дірки, може виникнути лише в ядрах масивних зірок, що стискаються, то у далекому минулому, відразу після Великого вибуху, з якого близько 14 млрд. років назад почалося розширення Всесвіту, висока щільність матерії була всюди. Тому невеликі флуктуації щільності в ту епоху могли приводити до народження чорних дірок будь-якої маси, у тому числі і малою. Але найменші з них через квантові ефекти повинні були випаруватися, втративши свою масу у вигляді випромінювання і потоків частинок. "Первинні чорні дірки" з масою більше 1012 кг могли зберегтися до наших днів. Найдрібніші з них, масою 1012 кг (як у невеликого астероїда), повинні мати розмір близько 10-15 м (як у протона або нейтрона). Нарешті, існує гіпотетична можливість народження мікроскопічних чорних дірок при взаємних зіткненнях швидких елементарних частинок. Такий один з прогнозів теорії струн - одній з фізичних теорій будови матерії, що конкурують зараз. Теорія струн передбачає, що простір має більше трьох вимірювань. Гравітація, на відміну від інших сил, повинна розповсюджуватися по всіх цих вимірюваннях і тому істотно посилюватися на коротких відстанях. При могутньому зіткненні двох частинок (наприклад, протонів) вони можуть стиснутися достатньо сильно, щоб народилася мікроскопічна чорна дірка. Після цього вона майже миттєво руйнуватиметься ("випарується"), але спостереження за цим процесом представляє для фізики великий інтерес, оскільки, випаровуючись, дірка випускатиме всі види частинок, що існують в природі. Якщо гіпотеза теорії струн вірна, то народження таких чорних дірок може відбуватися при зіткненнях енергійних частинок космічних променів з атомами земної атмосфери, а також в найбільш могутніх прискорювачах елементарних частинок.

Loading...

 
 

Цікаве