.

Как обнаружить ‘черную дыру’

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
92 437
Скачать документ

Как обнаружить «черную дыру»

В.Н. Леонович

Черная дыра – область пространства, в которой гравитационное притяжение
настолько сильно, что ни вещество, ни излучение не могут эту область
покинуть. Для находящихся там тел вторая космическая скорость (скорость
убегания) должна была бы превышать скорость света, что невозможно,
поскольку ни вещество, ни излучение не могут двигаться быстрее света.
Поэтому из черной дыры ничто не может вылететь. Границу области, за
которую не выходит свет, называют «горизонтом событий», или просто
«горизонтом» черной дыры.

Чтобы поле тяготения смогло «запереть» излучение, создающая это поле,
масса (M) должна сжаться в объем с радиусом, меньшим «гравитационного
радиуса» rg =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, гравитационная постоянная G =
6,672*picscalex100010009000003f500000002001c0000000000050000000902000000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 и скорость света
c = 299792458 м/с. Значение гравитационного радиуса чрезвычайно мало по
сравнению с привычным размером физических тел. Например, для Солнца с
массой около 2
*picscalex100010009000003c900000002001c000000000005000000090200000000050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 кг и радиусом около 700 тыс. км значение rg ?
3 км. А для Земли (M = 6 *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 кг) значение rg ? 1 см, для звезды в десять
солнечных масс — 30 км, а для объекта в два миллиарда солнечных масс —
40 астрономических единиц, то есть размер Солнечной системы.

Теория звездной эволюции указывает, что за 12 млрд. лет существования
нашей Галактики, содержащей порядка 100 млрд. звезд, в результате
коллапса наиболее массивных из них должно было образоваться несколько
десятков миллионов черных дыр.

В настоящее время в зоне видимости наблюдается около 200 объектов –
кандидатов в черные дыры, но нет пока ни одного объекта, в отношение
которого можно утверждать, что это черная дыра.

Черная дыра как физический объект обладает очень многими интересными и
необычными свойствами, но подавляющее большинство этих свойств
проявляются в непосредственной близости или даже за горизонтом событий.
Для удаленного наблюдателя они недоступны и в качестве признаков
обнаружения не представляют интереса.

Ищут черные дыры по косвенным признакам, т.е. по искажению нормальных
характеристик ближайших объектов, например, среди двойных звезд, одна из
которых – черная дыра. Есть и другие признаки, нет смысла их
перечислять. Все они основаны на проявлении именно необычных свойств
черных дыр, и представляют значительные трудность для обнаружения.
Исследователи так увлеклись экзотическими свойствами черных дыр, что
упустили из виду самый доступный вид исследования – фотонное излучение.

Исходя из теории «черных дыр», самым вероятным местом нахождения дыр
является центр Галактики. Рассмотрим этот вариант. Проанализируем
оптические эффекты, которые должен обнаружить в этом случае земной
наблюдатель.

Черная дыра не излучает. Лучи света от звезд расположенных за черной
дырой не могут достичь Земли по прямой линии, т.к. все излучение
телесного угла, определяемого диаметром “горизонта событий”, поглощается
черной дырой. Но черная дыра искривляет смежное пространство
определенным образом, так что оно действует как идеальная и
универсальная линза, фокусное расстояние которой зависит от расстояния
отклоняемого луча от центра линзы. Фокусное расстояние, тем меньшее, чем
ближе луч к центру черной дыры. Фокус универсальной линзы всегда
направлен в сторону наблюдателя, а количество наблюдателей и их
размещение на оси наблюдения может быть произвольным. Так что для каждой
точки пространства такую линзу можно рассматривать как набранную из
тонких цилиндров, каждый из которых имеет свое фокусное расстояние. Для
любой точки, определяемой положением наблюдателя, всегда найдется
условная тонкая линза, обеспечивающая фокусировку лучей загороженной
звезды именно в точке наблюдателя. В результате все геометрически
экранированные звезды предстанут для наблюдателя в форме кольцевых
псевдообъектов, рис. 1, диаметры которых определяются массой черной дыры
(чем больше масса, тем больше радиус) и расстояниями от «черной

дыры» до наблюдателя и от «черной дыры» до наблюдаемой звезды.

Суммарная яркость псевдообъекта может превзойти яркость самой звезды. А
если учесть, что каждая звезда, загороженная «черной дырой», формирует
псевдообъект, то суммарная яркость всех колец, которые для наблюдателя
практически сольются в одно кольцо, должна превысить суммарную яркость
экранированных звезд. Самое большое кольцо сформируется самой ближней
загороженной звездой. Если экранированная звезда несколько смещена от
оси наблюдения, то яркость кольца становится неоднородной, а при выходе
звезды из тени, кольцо вырождается в два точечных псевдообъекта. Один
наблюдается, как реальная звезда, смещенная от черной дыры, а другой,
как звезда внутри кольца, и оба псевдообъекта при малых отклонениях
имеют почти одинаковую яркость (внутри кольца яркость меньше). Звезды,
наблюдаемые в значительном отдалении от черной дыры, практически не
изменят своего положения на небе, но должны быть представлены земному
наблюдателю также двумя объектами, первый из которых будет собственно
видимой звездой, а второй будет псевдозвездой внутри кольца
псевдообъекта. Псевдозвезда в этом случае будет значительно менее яркой
по сравнению с реальной звездой, т.к. действующее расстояние до нее
складывается из двух прямолинейных участков: наблюдатель-«черная
дыра»-реальный объект. Но таких объектов так много (все видимые звезды),
что суммарная яркость кольца черной дыры должна быть сравнимой с самыми
яркими звездами или превосходить их. Точечные псевдозвезды заполнят зону
от самого большого кольца до радиуса горизонта событий. Эффект
кажущегося смещения звезд вблизи «черной дыры» сформирует вокруг кольца
псевдообъекта область относительно “разреженных” звезд.

Таким образом, окончательно получаем, что на месте черной дыры должен
наблюдаться яркий псевдообъект с темной областью в середине, и
затемненной вокруг него. Характерные размеры псевдообъекта, формируемого
черной дырой, для земного наблюдателя всегда меньше размеров исходного
объекта, послужившего материалом при коллапсе в черную дыру, т.е. очень
малы для черных дыр, возникших из звезд средней величины. Темную область
в центре псевдообъекта заметить трудно, да и не нужно. Дело в том, что
спектр излучения псевдообъекта должен быть интегральным, т.е. с
суммарным набором стандартных линий всех звезд – это одна из самых
важных характеристик для поиска.

Из выше изложенного следует, что черные дыры нужно искать не как темные
провалы в звездном небе, а наоборот, среди самых ярких объектов, очень
похожих на звезды. Необходимым атрибутом поиска должен быть анализатор
спектра.

Изложенная здесь информация позволяет включиться в поиск черных дыр
астрономам-любителям. Для решивших начать поиск черных дыр, необходимо
сообщить следующее. Черную дыру в центре Галактики, казалось бы, трудно
не обнаружить; по теории она должна быть очень большой, более миллиона
масс Солнца. Но ее пока не обнаружили. Кроме того, следует обратить
внимание на то, что строгое решение Карла Шварцшильда, положенное в
основу теории «черных дыр», найдено для упрощенных и, как следствие,
приблизительных уравнений Эйнштейна. Строгие уравнения гравитации,
опубликованные Эйнштейном, до сих пор не имеют решения и не проверены.
Несколько существующих частных решений, найденных для упрощенных
уравнений, справедливы только для очень малых значений кривизны
пространства, что соответствует малой концентрации вещества. Но кривизна
в области дыр не то что мала, а стремится к бесконечности. Применение
упомянутых частных решений уравнений гравитации для построения теории
черных дыр аналогично применению уравнений ламинарных течений для
анализа турбулентности.

Таким образом, теория черных дыр может оказаться всего лишь экзотическим
и эфемерным продуктом тренировки ума азартных энтузиастов, не желающих
(или не умеющих) видеть физику за абстрактными построениями математики.

Однако случается, что люди находят не то, что ищут. В такой ситуации
остается только переадресовать им совет Великого Комбинатора: «Пилите,
Шура, пилите».

Нижний Новгород, 2009г.

Список литературы

1) Паули В. Теория относительности. — 2-е изд. — М.: Наука, 1983.

2) Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М., Молодая гвардия, 1985.

3) Чандрасекар С. Математическая теория черных дыр. М., Мир, 1986.

4) Черепащук А.М. Поиски черных дыр. – Успехи физических наук, 2003,
т.173, № 4.

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020