Черные дыры

Одним из самых интересных проявлений гравитационных сил являются черные дыры или коллапсары.

Интенсивность гравитационного взаимодействия тел определяется их массой, все же другие известные виды взаимодействия от массы не зависят.

Гравитационным коллапсом может заканчиваться эволюция звезд с массой свыше двух-пяти солнечных масс. После исчерпания в таких звездах ядерного горючего они теряют свою механическую устойчивость и начинают с увеличивающейся скоростью сжиматься к центру. Если растущее внутреннее давление останавливает гравитационный коллапс, то центральная область звезды становится сверхплотной нейтронной звездой, что может сопровождаться сбросом оболочки и наблюдаться как вспышка сверхновой звезды. Однако если радиус звезды уменьшился до значения гравитационного радиуса, то никакие силы не могут воспрепятствовать ее дальнейшему сжатию и превращению в коллапсар.

Поскольку пространство-время в ОТО предполагается непрерывным, то этому сжатию нельзя положить никакого обоснованного предела. В итоге, согласно данной теории получается, что такое тело должно сжаться в точку, при этом интенсивность гравитационных полей вблизи него возрастает до бесконечности, а скорость, необходимая для того, чтобы покинуть пределы этого скопления, должна будет быть больше скорости света, следовательно, ни одна частица вещества не сможет уже этого сделать, т. е. образуется объект, способный поглощать в себя любое количество любой материи и ничего не выпускать обратно.

где G — гравитационная постоянная; M — масса тела; c — численное значение скорости света.

Гравитационные радиусы обычных небесных тел ничтожно малы, например, для Солнца ≈ 3 км, для Земли ≈ 0,9 см. Если тело сожмется до размеров, меньших его гравитационного радиуса, то никакое излучение или частицы не смогут преодолеть поле тяготения и выйти из-под сферы радиуса к удаленному наблюдателю.

После того как открыли нейтроны, стала понятна конечная судьба тяжелых звезд — огромное тяготение «вдавливает» свободные электроны в протоны, и возникают электрически нейтральные частицы — нейтроны. Рождается нейтронная звезда, вещество которой имеет огромную плотность.

Любое тело, упавшее на поверхность черной дыры, будет поглощено безвозвратно.

Первым возможность существования черных дыр предсказал французский физик Пьер Симон Лаплáс (Pierre Simon marquis de Laplace, 1749—1827 гг.), который, изучая ньютоновскую теорию тяготения, пришел к выводу, что скорость, необходимая для того, чтобы преодолеть гравитационное поле определенного объекта, у особо массивных небесных тел должна превышать скорость света. Исходя из этого, Лаплас заключил, что такие тела должны быть невидимыми.

Все черные дыры притягивают газ из окружающего пространства, и вначале он собирается в диск возле черной дыры. От столкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, скорость и начинает по спирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионов градусов, образует вихрь, имеющий форму воронки. Его частицы мчатся со скоростью 100 000 . В конце концов, вихрь газа доходит до «горизонта событий» и навечно исчезает в черной дыре. Поскольку же минимальная скорость, необходимая для того, чтобы уйти от этой «дыры», будет меньше скорости света, то любой предмет, не упавший непосредственно на ее поверхность, будет иметь шанс покинуть ее окрестности. При падении вещества на поверхность черной дыры должно возникать рентгеновское излучение вследствие большой интенсивности гравитационных полей.

Рисунок 1. Массивная черная дыра растягивается, касается звезды и медленно поглощает ее часть. Фото NASA

В начале 2005 г. впервые в истории американскому астроному Уорркену Брауну (Brawn) удалось обнаружить звезду в центральной области нашей Галактики, улетающую в межгалактическое пространство под действием черной дыры в центре Млечного Пути. Расстояние между бинарной звездной системой, в которую входила эта звезда, и черной дырой на момент катаклизма примерно в 50 раз превышало расстояние между Землей и Солнцем. Под воздействием гравитационного поля черной дыры звезда смогла набрать скорость примерно в 2 раза больше скорости, необходимой для того, чтобы преодолеть притяжение всей Галактики. На данный момент звезда находится на расстоянии примерно 180 000 световых лет от Земли во внешнем районе Млечного Пути, называемом Галло.