Що таке Чорна діра? Чому її називають чорною? Що відбувається у зірках? Як пов'язані нейтронна зірка та чорна діра? Чи здатний великий адронний колайдер створити чорні дірки, і чим це загрожує нам?
Що таке зірка??? Якщо ще не знаєте, наше Сонце теж зірка. Це об'єкт великих розмірівздатний за допомогою термоядерного синтезу випромінювати електромагнітні хвилі (це не найточніше з визначень). Якщо незрозуміло, можна сказати так: зірка – це великий об'єкткулястої форми, всередині якої за допомогою ядерних реакційутворюється дуже-дуже велика кількість енергії, частина якої йде на випромінювання видимого світла. Окрім звичайного світла випромінюється і тепло ( інфрачервоне випромінювання), і радіохвилі, і ультрафіолет та ін.
У будь-якій зірці відбуваються ядерні реакції так само, як і в атомних станціях, Тільки з двома головними відмінностями.
1. У зірках відбуваються реакції ядерного синтезу, тобто сполуки ядер, а АЕС – ядерного розпаду. У першому випадку виділяється в 3 рази більше енергії, у тисячі разів менше витрат, оскільки необхідний лише водень, а він порівняно недорогий. Також у першому випадку немає шкідливих відходів: виділяється лише нешкідливий гелій. Тепер Вас, звичайно ж, цікавить, чому на АЕС не користуються такими реакціями? Тому що вона неконтрольована і легко призводить до ядерного вибуху, та ще й цієї реакції потрібна температура кілька мільйонів градусів. Для людини ядерний синтезє найважливішим і найважчим завданням (ніхто поки що не вигадав спосіб контролювати термоядерний синтез), враховуючи, що наші джерела енергії закінчуються.
2. У зірках у реакціях бере участь більше речовини, ніж у АЕС, і, природно, там більше виходить на виході енергії.
Тепер про еволюцію зірок. Кожна зірка народжується, росте, старіє та вмирає (гасне). Зірки за стилем еволюціонування діляться залежно від власної маси втричі категорії.
Перша категорія – зірки з масою менше 1,4 * Масу Сонця. У таких зірках все "паливо" повільно перетворюється на метал, тому що через синтез (об'єднання) ядер з'являються все більш "багатоядерні" (важкі) елементи, а це і є метали. Щоправда, остання стадія еволюції таких зірок була зафіксована (зафіксувати металеві кулі складно), це лише теорія.
Друга категорія –
зірки по масі, що перевищують масу зірок першої категорії, але менших трьох мас Сонця. Такі зірки внаслідок еволюції втрачають баланс внутрішніх силтяжіння та відштовхування. Як наслідок, зовнішня їхня оболонка викидається в космос, а внутрішня (із закону збереження імпульсу) починає «шалено» стискатися. Утворюється нейтронна зірка. Вона майже повністю складається з нейтронів, тобто частинок, що не мають електричного заряду. Найпримітніше в нейтронній зірці –
це її щільність, адже щоб стати нейтронною, зірці потрібно стиснутись до кулі діаметром всього близько 300 км, а це дуже мало. Так ось щільність її дуже велика - близько десятків трильйонів кг в одному кубічному метрі, Що у мільярди разів більше, ніж щільність найщільніших речовин Землі. Звідки взялася така щільність? Справа в тому, що всі речовини на Землі складаються з атомів, вони у свою чергу складаються з ядер. Кожен атом можна представити як велику порожню кулю (абсолютно порожню), в центрі якої знаходиться маленьке ядро. У ядрі міститься вся маса атома (крім ядра в атомі є лише електрони, та їх маса дуже мала). Ядро в діаметрі в 1000 разів менше від атома. Отже в обсязі ядро менше атома в 1000*1000*1000 = 1 мільярд разів. А звідси густина ядра в мільярди разів більше щільностіатома. Що відбувається у нейтронній зірці? Атоми перестають існувати як форма речовини, вони замінюються на ядра. Саме тому щільність таких зірок у мільярди разів більша за щільність земних речовин.
Всі ми знаємо, що важкі предмети (планети, зірки) сильно притягують до себе навколишнє. Нейтронні зірки так і виявляють. Вони сильно викривляють орбіти інших видимих зірок, що знаходяться поруч.
Третя категорія зірок – зірки з більшою масою, ніж потрійна маса Сонця. Такі зірки, ставши нейтронними, стискаються далі і перетворюються на чорні дірки. Їх щільність у десятки тисяч разів більша за щільність нейтронних зірок. Маючи таку величезну щільність, чорна діра знаходить здатність дуже сильної гравітації(Здатність притягувати оточуючі тіла). З такою гравітацією зірка не дозволяє покинути свої межі навіть електромагнітним хвиль, А значить і світла. Тобто чорна діра не випромінює світло. Відсутність будь-якого світла – це темрява, ось тому чорну діркуі називають чорною. Вона завжди чорна, її неможливо побачити у жодному телескопі. Всі знають, що через свою гравітацію, чорні дірки здатні засмоктувати в себе всі оточуючі тіла великому обсязі. Саме тому люди й остерігаються запуску Великого Адронного Колайдера, у роботі якого, на думку вчених, не виключена поява чорних мікродір. Однак ці мікродірки сильно відрізняються від звичайних: нестійкі, тому що час їхнього життя дуже мало, і не доведені практично. Більше того, вчені запевняють, що ці мікродірки мають зовсім іншу природу на відміну від звичайних чорних дірок і не здатні поглинати матерію.
сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.
Цей пост - конспект до п'ятого заняття за програмою курсу з астрофізики для середньої школи. Він містить опис спалахів наднових, процесів утворення нейтронних зірок (пульсарів) та чорних дірок зоряних мас як одиночних, так і в зоряних парах. І кілька слів про коричневі карлики.
Спочатку повторю картинку, що показує класифікацію типів зірок та його еволюції залежно від своїх мас:
1. Спалахи нових та наднових.
Вигоряння гелію в надрах зірок завершується утворенням червоних гігантів та їх спалахами. новихз освітою білих карликівабо утворенням червоних надгігантів та їх спалахами як надновихз освітою нейтронних зірокабо чорних дір,а також туманностей із скинутих цими зірками своїх оболонок. Найчастіше маси оболонок, що скидаються, перевищують маси "мумій" цих зірок - нейтронних зірок і чорних дірок. Для розуміння масштабів цього явища наведу відео спалаху наднової 2015F у віддаленому від нас на 50 млн. св. років галактиці NGC 2442:
Інший приклад - наднова 1054 в нашій Галактиці, в результаті спалаху якої утворилися Крабовидна туманність і нейтронна зірка на відстані від нас в 6,5 тис. св. років. При цьому маса нейтронної зірки, що утворилася ~ 2 сонячних мас, а маса скинутої оболонки ~ 5 сонячних мас. Сучасники оцінювали яскравість цієї наднової як приблизно в 4-5 разів більшу, ніж у Венери. Якби така наднова спалахнула в тисячу разів ближче (6,5 св. років), то вона виблискувала б на нашому небі в 4000 разів. яскравіше Місяця, але в сотню разів слабше Сонця.
2. Нейтронні зірки.
Зірки великих мас(класів О, В, А) після вигоряння водню в гелій і в процесі вигоряння гелію переважно в вуглець, кисень і азот входять у досить коротку стадію червоного надгігантаі після завершення гелієво-вуглецевого циклу теж скидають оболонку і спалахують як "Наднові". Їхні надра теж стискаються під дією гравітації. Але тиск виродженого електронного газу вже не може, як у білих карликів, зупинити цей гравітаційний самостиск. Тому температура в надрах цих зірок підвищується і в них починають термоядерні реакції, в результаті яких утворюються наступні елементитаблиці Менделєєва. Аж до заліза.
Чому до заліза? Тому, що утворення ядер з великим атомним номеромйде не з виділенням енергії, а з поглинанням її. А взяти її від інших ядер не так просто. Звичайно, елементи з великим атомним номером у надрах цих зірок утворюються. Але у набагато меншій кількості, ніж залізо.
А ось далі еволюція розщеплюється. Не надто потужні зірки (класів Ата частково У) перетворюються на нейтронні зірки . У яких електрони буквально вдруковуються в протони та більша частинатіла зірки перетворюється на величезне нейтронне ядро. Складається з дотичних і навіть утиснутих один одного звичайних нейтронів. Щільність речовини в якому близько декількох мільярдів тонн кубічному сантиметрі. А типовий діаметр нейтронної зірки- близько 10-20 кілометрів. Нейтронна зірка – другий стійкий тип "мумії" померлої зірки. Їхні маси, як правило, лежать в інтервалі від приблизно 1,3 до 2,1 мас Сонця (за даними спостережень).
Поодинокі нейтронні зірки в оптиці побачити практично неможливо через їхню надзвичайно низьку світність. Але частина з них виявляють себе як пульсари. Що це таке? Практично всі зірки обертаються навколо своєї осі і мають досить сильний магнітним полем. Наприклад, наше Сонце робить оберт навколо своєї осі приблизно за місяць.
Тепер уявіть собі, що його діаметр зменшиться сто тисяч разів. Зрозуміло, що завдяки закону збереження моменту імпульсу обертатися воно буде набагато швидшим. І магнітне поле такої зірки буде поблизу її поверхні на багато порядків сильніше за сонячне. Більшість нейтронних зірок мають період обороту навколо своєї осі в десяті - соті частки секунди. Зі спостережень відомо, що пульсар, що найшвидше обертається, робить трохи більше 700 оборотів навколо своєї осі в секунду, а самий повільно обертається робить один оборот за більш ніж 23 секунди.
А тепер уявіть собі, що така зірка має магнітну вісь, як і Землю, не збігається з віссю обертання. Жорстке випромінюваннявід такої зірки концентруватиметься у вузьких конусах уздовж магнітної осі. І якщо цей конус буде з періодом обертання зірки "зачіпати" Землю, то цю зірку ми бачитимемо як пульсуючий джерело випромінювання. На кшталт ліхтарика, що обертається нашою рукою.
Такий пульсар (нейтронна зірка) утворився після спалаху наднового 1054 року, що трапився якраз під час візиту кардинала Гумберта до Константинополя. За результатами якого стався остаточний розрив між католицькою та православною церквами. Сам цей пульсар здійснює 30 обертів на секунду. А скинута ним оболонка масою ~ 5 мас Сонця виглядає як Крабоподібна туманність:
3. Чорні дірки (зоряних мас).
Нарешті, досить потужні зірки (класів Прота частково У) закінчують свій життєвий шляхтретім типом "мумії" - чорною дірою. Такий об'єкт виникає, коли маса залишку зірки настільки велика, що тиск нейтронів (тиск виродженого нейтронного газу), що стикаються, у надрах цього залишку не може протистояти його гравітаційному самостисканню. Спостереження показують, що межа по масі між нейтронними зірками та чорними дірками лежить на околиці ~ 2,1 маси Сонця.
Безпосередньо одиночну чорну діру спостерігати неможливо. Бо з її поверхні (якщо вона є) жодна частка вирватися не може. Навіть частка світла – фотон.
4. Нейтронні зірки та чорні дірки у подвійних зіркових системах.
Поодинокі нейтронні зірки та чорні діри зоряних мас практично не спостерігаються. Але у випадках, якщо вони є однією з двох або більше зірок у тісних зоряних системах, такі спостереження стають можливими. Оскільки своїм тяжінням можуть "відсмоктувати" зовнішні оболонки поки що залишаються. нормальними зіркамисвоїх сусідок.
При такому "відсмоктуванні" навколо нейтронної зірки або чорної дірки утворюється акреційний диск, речовина якого частково "сповзає" до нейтронної зірки або чорної діри і частково відкидається від неї в двох струменях-джетах. Цей процес вдається зафіксувати. Приклад - подвійна зоряна система SS433, одна компонента якої або нейтронна зірка, або чорна діра. А друга - поки що звичайна зірка:
5. Коричневі карлики.
Зірки з масами помітно меншою за сонячну і аж до ~ 0,08 маси Сонця є червоними карликами класу М. Вони будуть працювати на воднево-гелієвому циклі протягом часу більшого, ніж вік Всесвіту. В об'єктах з масами менше цієї межі з ряду причин стаціонарна термояд, що довго працює, не можлива. Такі зірки називають коричневими карликами. Температура їхньої поверхні настільки низька, що в оптиці вони майже не видно. Але світять у ІЧ-діапазоні. За сукупністю цих причин їх часто називають недозірками.
Діапазон мас коричневих карликів – від 0,012 до 0,08 сонячних мас. Об'єкти з масою меншою за 0,012 маси Сонця (~ 12 мас Юпітера) можуть бути лише планетами. Газовими гігантами. Випромінюючими за рахунок повільного гравітаційного самостиснення помітно більше енергії, ніж вони одержують від батьківських зірок. Так, Юпітер за сумою всіх діапазонів випромінює приблизно вдвічі більше енергії, ніж отримує від Сонця.
Білі карлики, нейтронні зірки та чорні дірки є різні формикінцевого етапу зіркової еволюції Молоді зірки черпають свою енергію в термоядерних реакціях, що протікають у зоряних надрах; під час цих реакцій відбувається перетворення водню на гелій. Після того як певна частка водню витрачена, гелієве ядро, що утворилося, починає стискатися. Подальша еволюціязірки залежить від її маси, а точніше від того, як вона співвідноситься з якоюсь критичною величиною, званою межею Чандрасекара. Якщо маса зірки менша за цю величину, то тиск виродженого електронного газу зупиняє стиск (колапс) гелієвого ядра, перш ніж його температура досягне настільки високого значенняколи починаються термоядерні реакції, в ході яких гелій перетворюється на вуглець. Тим часом зовнішні верстви зірки, що еволюціонують, порівняно швидко скидаються. (передбачається, що саме таким шляхом утворюються планетарні туманності.) Білий карликі являє собою гелієве ядро, оточене більш менш протяжною водневою оболонкою.
Більше масивних зірокгелієве ядро продовжує стискатися до «загоряння» гелію. Енергія, що виділяється в процесі перетворення гелію на вуглець, оберігає ядро від подальшого стиснення - але ненадовго. Після того, як гелій повністю витрачено, стиснення ядра продовжується. Температура знову зростає, починаються інші ядерні реакції, які протікають до того часу, доки вичерпається енергія, запасена атомних ядрах. До цього моменту ядро зірки складається з чистого заліза, яке грає роль ядерної «золи». Тепер ніщо не зможе перешкодити подальшому колапсу зірки - він продовжується доти, доки щільність її речовини не досягне щільності атомних ядер. Різке стиснення речовини у центральних областях зірки породжує вибух величезної сили, у результаті зовнішні шари зірки розлітаються з величезними швидкостями. Саме ці вибухи астрономи пов'язують із явищем наднових.
Доля колапсуючого залишку зірки залежить від його маси. Якщо маса менше, ніж приблизно 2,5 М 0 (маса Сонця), то тиск, обумовлений «нульовим» рухом нейтронів і протонів, досить великий, щоб перешкодити подальшому гравітаційному стиску зірки. Об'єкти, у яких густина речовини дорівнює (або навіть перевершує) густини атомних ядер, називаються нейтронними зірками. Їхні властивості вперше були вивчені в 30-х роках Р. Оппенгеймером та Г. Волковим.
Відповідно до теорії Ньютона, радіус зірки, що колапсує, зменшується до нуля за кінцевий час, гравітаційний потенціалу своїй необмежено зростає. Теорія Ейнштейна малює інший сценарій. Швидкість фотона зменшується в міру його наближення до центру чорної дірки, стаючи рівної нулю. Це означає, що з погляду зовнішнього спостерігача фотон, що падає у чорну дірку, ніколи не досягне її центру. Оскільки частинки речовини не можуть рухатися швидше за фотон, радіус чорної діри досягне граничного значення за нескінченний час. Більше того, фотони, що випускаються з поверхні чорної дірки, протягом колапсу зазнають дедалі більшого червоного зміщення. З погляду зовнішнього спостерігача, об'єкт, з якого формується чорна дірка, спочатку стискується з швидкістю, що все зростає; потім його радіус починає зменшуватися дедалі повільніше.
Не маючи внутрішніх джереленергії, нейтронні зірки та чорні дірки швидко остигають. А оскільки площа їхньої поверхні дуже мала - всього кілька десятків квадратних кілометрів, - Слід очікувати, що яскравість цих об'єктів вкрай невелика. Справді, теплового випромінюванняповерхні нейтронних зірок чи чорних дірок поки що не вдавалося спостерігати. Однак деякі нейтронні зірки є потужними джереламинетеплового випромінювання. Мова йдепро так звані пульсари, виявлені в 1967 р. Джоселін Белл - аспіранткою Кембриджського університету. Белл вивчала радіосигнали, зареєстровані за допомогою апаратури, розробленої Ентоні Хьюїшем для дослідження випромінювання осциллюючих радіоджерел. Серед багатьох записів хаотично мерехтливих джерел вона помітила таку, де сплески повторювалися з чіткою періодичністю, хоча й змінювалися за інтенсивністю. Більш детальні спостереження підтвердили точно періодичний характер проходження імпульсів, а щодо інших записів було виявлено ще два джерела з такими ж властивостями. Спостереження та теоретичний аналізпоказують, що пульсари - це нейтронні зірки, що швидко обертаються, з надзвичайно сильним магнітним полем. Пульсуючий характер випромінювання обумовлений пучком променів, що виходять з «гарячих плям» на (або поблизу) поверхні нейтронної зірки, що обертається. Детальний механізм цього випромінювання досі залишається загадкою для вчених.
Було виявлено кілька нейтронних зірок, що входять до складу тісних подвійних систем. Саме ці (і жодні інші) нейтронні зірки є потужними джерелами. рентгенівського випромінювання. Уявімо тісну подвійну, один компонент якої - гігант або надгігант, а інший - компактна зірка. Під дією гравітаційного полякомпактної зірки газ може випливати із розрідженої атмосфери гіганта: такі газові потокиу тісних подвійних системах, давно виявлені методами спектрального аналізуотримали відповідне теоретичне тлумачення. Якщо компактною зіркою в подвійній системі є нейтронна зірка або чорна діра, то молекули газу, що витікає з іншого компонента системи, можуть прискорюватися до дуже високих енергій. Внаслідок зіткнень між молекулами кінетична енергіягазу, що падає на компактну зірку, зрештою переходить у тепло та випромінювання. Як показують оцінки, енергія, що виділяється при цьому, цілком пояснює спостерігається інтенсивність рентгенівського випромінювання подвійних систем такого типу.
У загальній теорії відносності Ейнштейна чорні дірки займають таке саме місце, як ультрарелятивістські частки в його спеціальної теоріївідносності. Але якщо світ ультрарелятивістських частинок – фізика високих енергій – сповнений дивовижних явищ, які грають важливу рольв експериментальної фізикиі спостережної астрономії, то явища, пов'язані з чорними дірками, поки що викликають лише подив. Згодом фізика чорних дірок дасть результати, важливі для космології, але зараз ця галузь науки в основному є «ігровим майданчиком» для теоретиків. Чи не випливає з цього, що теорія гравітації Ейнштейна дає нам менше відомостей про Всесвіт, ніж теорія Ньютона, хоча в теоретичному відношенніЧи значно перевершує її? Зовсім ні! На відміну від теорії Ньютона, теорія Ейнштейна утворює фундамент самоузгодженої моделі. реального Всесвітуяк цілого, що ця теорія має безліч разючих і доступних перевірці передбачень і, нарешті, вона забезпечує причинний зв'язокміж вільно падаючими системами відліку і розподілом, що не обертаються, а також рухом маси в космічному просторі.
Чорна діра, це і є нейтронна зірка, точніше, чорна діра є одним з різновидів нейтронних зірок.
Чорна діра, як і нейтронна зірка, складається з нейтронів. Причому це не нейтронний газ, в якому нейтрони знаходяться у вільному стані, а дуже щільна субстанція із щільністю атомного ядра.
Чорні дірки та нейтронні зірки утворюються в результаті гравітаційного колапсу, коли тиск газу в зірці не може врівноважити її гравітаційний стиск. При цьому зірка стискається дуже маленького розміруі дуже великої щільності, Так що електрони вдавлюються в протони і утворюються нейтрони.
Зауважимо, що середнє життя вільного нейтрона близько 15 хвилин (період напіврозпаду близько 10 хвилин). Тому нейтрони в нейтронних зірках і в чорних дірах можуть бути тільки в пов'язаному станіяк у атомних ядрах. Тому нейтронна зірка і чорна дірка, це ніби атомне ядро макроскопічних розмірів, в якому немає протонів.
Відсутність протонів, це одна відмінність чорної дірки та нейтронної зірки від атомного ядра. Друга відмінність пов'язана з тим, що у звичайних атомних ядрах нейтрони і протони "склеєні" один з одним за допомогою ядерних сил (так зване, "сильна" взаємодія). А в нейтронних зірках нейтрони "склеєні" за допомогою гравітації.
Справа в тому, що ядерним силам потрібні ще й протони для склеювання нейтронів один з одним. Не існує таких ядер, які складаються лише з одних нейтронів. Обов'язково має бути хоча б один протон. А для гравітації жодні протони не потрібні, щоб "склеїти" нейтрони один з одним.
Ще одна відмінність гравітації від ядерних сил полягає в тому, що гравітація, це далекодіюча взаємодія, а ядерні сили, це короткодіюча взаємодія. Тому атомні ядранеможливо знайти макроскопічних розмірів. Починаючи з урану, всі елементи періодичної таблиціМенделєєва мають нестійкі ядра, які розпадаються через те, що позитивно заряджені протони відштовхуються один від одного і розривають великі ядра.
У нейтронних зірок і чорних дірок такої проблеми немає, оскільки, по-перше, гравітаційні силидалекодіючі, а по-друге, в нейтронних зірках і чорних дірах немає позитивно заряджених протонів.
Нейтронна зірка і чорна діра під дією сил гравітації мають форму кулі, а точніше еліпсоїда обертання, тому що всі нейтронні зірки (і чорні дірки) обертаються навколо осі. Причому досить швидко з періодами обертання від кількох секунд і менше.
Справа в тому, що нейтронні зірки та чорні дірки утворюються зі звичайних зірок шляхом їхнього сильного стиснення під дією гравітації. Тому за законом збереження моменту обертання вони повинні дуже швидко обертатися.
Чи є поверхня чорних дірок та нейтронних зірок твердою? Не в сенсі твердого тілаяк агрегатного стану речовини, а в сенсі чіткої поверхні кулі без нейтронної атмосфери. Мабуть, так, чорні дірки та нейтронні зірки мають тверду поверхню. Нейтронна атмосфера та нейтронна рідина, це нейтрони у вільному стані, отже, вони мають розпадатися.
Але це не означає, що, якщо ми, наприклад, упустимо на поверхню чорної діри або нейтронної зірки якийсь "виріб" з нейтронів із щільністю атомного ядра, то він залишиться лежати на поверхні зірки. Такий гіпотетичний "виріб" тут же "всмокчеться" усередину нейтронної зірки і чорної дірки.
Відмінність чорних дірок від нейтронних зірок
Сила тяжіння у чорної дірки така, що друга космічна швидкість її поверхні перевищує швидкість світла. Тому світло з поверхні чорної дірки не може назавжди піти в відкритий космос. Гравітаційні сили завертають промінь світла назад.
Якщо на поверхні чорної діри знаходиться джерело світла, то фотони цього світла спочатку летять нагору, а потім повертають і падають назад на поверхню чорної діри. Або ці фотони починають обертатися навколо чорної дірки еліптичною орбітою. Останнє має місце на такій чорній дірі, на поверхні якої перша космічна швидкість менша за швидкість світла. У цьому випадку фотон може вирватися з поверхні чорної дірки, але він перетворюється на постійний супутник чорної дірки.
А на поверхні всіх інших нейтронних зірок, які не є чорними дірками, друга космічна швидкість менша за швидкість світла. Тому, якщо на поверхні такий нейтронної діркизнаходиться джерело світла, то фотони від цього джерела світла залишають поверхню такої нейтронної зірки по гіперболічних орбіт.
Зрозуміло, що всі ці міркування відносяться не тільки до видимого світла, а й до електромагнітного випромінювання. Тобто покинути чорну дірку не може не тільки видиме світло, а й радіохвилі, інфрачервоні промені, ультрафіолетове, рентгенівське та гамма-випромінювання. Максимум, що зможуть фотони цих випромінювань і хвиль, це почати обертатися навколо чорної дірки, якщо для цієї чорної дірки швидкість світла більша за першу космічної швидкостіна поверхні зірки.
Тому такі нейтронні зірки і називаються так "чорна дірка". Від чорної діри нічого не вилітає, а все, що завгодно, може туди залетіти. (Випаровування чорних дірок за рахунок квантового тунелюваннятут розглядати не будемо.)
Тобто зрозуміло, що жодної дірки у просторі там насправді немає. Так само, як немає жодної дірки в просторі на місці розташування звичайної нейтронної зірки або на місці звичайної зірки.
Дірки у просторі там є лише у книгах письменників-фантастів, у науково-популярних виданнях та телепередачах. Виданням та телепередачам потрібно фінансово відбити витрати на тиражі та рейтинги. Тому їм доводиться емоційно вражати своїх читачів та телеглядачів такими фактами, які не можна перевірити за сьогоднішнього рівня розвитку науки і техніки, але які можуть з'явитися в якихось математичних моделях. (Непрофесійна публіка зазвичай не підозрює, що математичні моделіу фізиці завжди вторинні, що фізика наука експериментальна і що математичні моделі фізичних об'єктів мають властивість у майбутньому змінюватись у міру появи нових експериментальних даних.
Якби ми могли стояти на поверхні чорної діри, то, подивившись нагору, ми б побачили замість зоряного неба напівпрозоре дзеркало. Тобто ми бачили б там і навколишній космос (оскільки чорна діра приймає все випромінювання відправлене до неї) і те світло, яке повертається до нас назад не зумівши подолати гравітація. Це повернення світла назад має ефект дзеркала.
Таке саме напівпрозоре "дзеркало" на поверхні чорної діри має місце і для інших видів електромагнітного випромінювання (радіохвилі, рентген, ультрафіолет і т.д.)
У космосі відбувається багато дивовижних речей, у яких з'являються нові зірки, зникають старі і формуються чорні дірки. Одним з чудових і загадкових явищвиступає гравітаційний колапс, який закінчує еволюцію зірок.
Зоряна еволюція - це цикл змін, що проходить зіркою за період її існування (мільйони чи мільярд років). Коли водень у ній закінчується і перетворюється на гелій, формується гелієве ядро, а сам починає перетворюватися на червоного гіганта - зірку пізніх спектральних класів, яка має високу світність. Їх маса може у 70 разів перевищувати масу Сонця. Дуже яскраві надгіганти називаються гіпергігантами. Крім високої яскравості, вони відрізняються коротким періодом існування.
Сутність колапсу
Це явище вважається кінцевою точкоюеволюції зірок, вага яких становить понад три сонячні маси (вага Сонця). Ця величина використовується в астрономії та фізиці з метою визначення ваги інших космічних тіл. Колапс трапляється в тому випадку, коли гравітаційні сили змушують величезні космічні тіла. великою масоюдуже швидко стискати.
У зірках вагою понад три маси Сонця є достатньо матеріалу для тривалих термоядерних реакцій. Коли субстанція закінчується, припиняється та термоядерна реакціяа зірки перестають бути механічно стійкими. Це призводить до того, що вони із надзвуковою швидкістю починають стискатися до центру.
Нейтронні зірки
Коли зірки стискаються, це призводить до виникнення внутрішнього тиску. Якщо воно росте з достатньою силою для того, щоб зупинити гравітаційне стиснення, з'являється нейтронна зірка.
Таке космічне тіломає просту структуру. Зірка складається із серцевини, яку покриває кора, а вона, у свою чергу, формується з електронів та ядер атомів. Її товщина дорівнює приблизно 1 км і є відносно тонкою, якщо порівнювати з іншими тілами, що зустрічаються у космосі.
Вага нейтронних зірок дорівнює вазі Сонця. Відмінність між ними полягає в тому, що радіус у них невеликий – не більше 20 км. Усередині них взаємодіють один з одним атомні ядра, формуючи таким чином ядерну матерію. Саме тиск із її боку не дає нейтронній зірці стискатися далі. Цей тип зірок відрізняється дуже високою швидкістю обертання. Вони здатні здійснювати сотні обертів протягом однієї секунди. Процес народження починається зі спалаху наднового, який виникає під час гравітаційного колапсу зірки.
Наднові
Спалах надновий є явищем різкої змінияскравість зірки. Далі зірка починає повільно та поступово згасати. Так закінчується остання стадія гравітаційного колапсу. Весь катаклізм супроводжується виділенням великої кількостіенергії.
Слід зазначити, що жителі Землі можуть побачити цей феномен лише постфактуму. Світло досягає нашої планети через довгий період після того, як стався спалах. Це спричинило виникнення складнощів щодо природи наднових.
Охолодження нейтронної зірки
Після закінчення гравітаційного стиснення, у результаті якого сформувалася нейтронна зірка, її температура дуже висока (набагато вище, ніж температура Сонця). Охолоджується зірка завдяки нейтринному охолодженню.
Протягом кількох хвилин їх температура може опуститися у 100 разів. Протягом наступних ста років - ще в 10 разів. Після того, як знижується, процес її охолодження суттєво уповільнюється.
Межа Оппенгеймера-Волкова
З одного боку, цей показник відображає максимально можливу вагу нейтронної зірки, при якому гравітація компенсується нейтронним газом. Це не дозволяє гравітаційному колапсу закінчитися появою чорної діри. З іншого боку, так звана межа Оппенгеймера-Волкова є водночас і нижнім порогом ваги чорної дірки, які були утворені під час зіркової еволюції.
Через низку неточностей складно визначити точне значенняцього параметра. Однак передбачається, що воно знаходиться в діапазоні від 2,5 до 3 мас Сонця. на НаразіВчені стверджують, що найважчою нейтронною зіркою є J0348+0432. Її вага становить понад дві маси Сонця. Вага найлегшої чорної дірки становить 5-10 сонячних мас. Астрофізики заявляють про те, що ці дані є експериментальними і стосуються лише на даний момент відомих нейтронних зірок та чорних дірок і припускають можливість існування масивніших.
Чорні діри
Чорна діра - це один із найдивовижніших феноменів, які зустрічаються в космосі. Вона є область простору-часу, де гравітаційне тяжінняне дозволяє жодним об'єктам вийти із неї. Залишити її не здатні навіть тіла, які можуть рухатися зі швидкістю світла (у тому числі і кванти самого світла). До 1967 року чорні дірки називалися «застиглими зірками», «колапсарами» і «зірками, що сколапсували».
Чорна діра має протилежність. Вона називається білою діркою. Як відомо, із чорної діри неможливо вибратися. Щодо білих, то в них не можна проникнути.
Крім гравітаційного колапсу, причиною утворення чорної діри може бути колапс у центрі галактики чи протогалактичного ока. Існує також теорія, що чорні дірки з'явилися в результаті Великого Вибуху, як і наша планета. Вчені називають їх первинними.
У нашій Галактиці є одна чорна діра, яка, на думку астрофізиків, утворилася через гравітаційний колапс надмасивних об'єктів. Вчені стверджують, що подібні дірки формують ядра безлічі галактик.
Астрономи Сполучених Штатів Америки припускають, що розмір великих чорних дірок може бути суттєво недооцінений. Їх припущення ґрунтуються на тому, що для досягнення зірками тієї швидкості, з якою вони рухаються по галактиці М87, що знаходиться за 50 мільйонів світлових років від нашої планети, маса чорної дірки в центрі галактики М87 має бути не менше 6,5 мільярдів мас Сонця. На даний момент прийнято вважати, що вага найбільшої чорної діри становить 3 мільярди сонячних мас, тобто більш ніж вдвічі менше.
Синтез чорних дірок
Існує теорія, що ці об'єкти можуть з'являтися внаслідок ядерних реакцій. Вчені далиїм назва квантові чорні дари. Їх мінімальний діаметрскладає 10 -18 м, а найменша маса - 10 -5 г.
Для синтезу мікроскопічних чорних дірок було побудовано Великий адронний колайдер. Передбачалося, що з його допомогою вдасться не лише синтезувати чорну дірку, а й змоделювати Великий Вибух, що дозволило б відтворити процес утворення множини космічних об'єктів, у тому числі планети Земля. Проте експеримент провалився, оскільки енергії для створення чорних дірок не вистачило.