«Черные» космические дыры

«Черные» космические дыры

Надо сказать, что в свое время обнаружение «черных» дыр буквально потрясло научную общественность.

Неслучайно известный американский физик – теоретик Торн написал следующие строки: «Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое – это образ «черной» дыры. И, тем не менее, законы современной физики требуют, чтобы «черные» дыры существовали».

Чтобы понять, что именно произошло с объектом Cygnus XR–1 в созвездии Лебедя, рассмотрим пример со звездой, которая, как утверждает член – корреспондент АН СССР Шкловский, «формируется, рождается, развивается, устойчиво существует, стареет и умирает». Интересно, что все звезды (большие и малые) рождаются и живут примерно одинаково, но умирают по – разному.

При появлении в вакуумном пространстве новорожденной звезды – протозвезды (о ней будет сказано ниже) – все частицы, из которых она формируется, притягиваются к ее центру силами гравитации, не встречая сопротивления. Поэтому звезда начинает сжиматься. По мере сжатия протозвезды ее температура растет, и газ превращается в плазму[35].

На каком – то этапе эволюции температура ядра протозвезды становится настолько высокой, что в нем возникает термоядерная реакция, сопровождающаяся выделением огромного количества тепловой энергии. Эта энергия начинает излучаться с поверхности звезды, и температура на поверхности оказывается ниже, чем в ядре. По мере увеличения температуры во внутренних слоях протозвезды повышается внутреннее давление, стремящееся ее разжать. Когда между сжимающими силами (гравитационными) и расширяющими силами (силами внутреннего давления и центробежными силами, связанными с вращением звезды) наступит равновесие, протозвезда превращается в звезду. При этом наступает равновесие и между количеством тепла, отдаваемого вовне, и количеством тепла, получаемого от термоядерной реакции. В стабильном состоянии звезда может функционировать миллиарды земных лет.

Однако через миллиарды лет ее устойчивого существования, когда выгорит весь водород и превратится в гелий, наступает старость звезды. А дальше – смерть.

Разные звезды (большие и малые) умирают по – разному. Малые звезды, к которым относится и наше Солнце, умирают не так эффектно, как массивные. Но в любом случае, при наступлении старости сжатие звезды существенно убыстряется. Гравитационные силы могут сжимать наше Солнце до тех пор, пока его радиус не станет равным 6000 км. При этом плотность Солнца возрастет до 15 000 т/см³.

При такой плотности гравитационные силы, направленные внутрь нашего Солнца, полностью уравновесятся силами отталкивания, существующими между отдельными частицами – электронами и ионами. Эти силы, направленные наружу, остановят процесс дальнейшего гравитационного сжатия Солнца, и оно постепенно остынет, превратившись в белого карлика.

Иначе обстоят дела с большими звездами. Здесь возможны два варианта.

Если после некоторого сжатия звезда все же сохранила какое – то количество вещества, способного взорваться, то она взрывается, выбрасывая свои внешние слои в космическое пространство.

Однако если масса большой звезды значительно превышает удвоенную массу нашего Солнца, то ее способность взрываться рано или поздно иссякнет. Она продолжит сжиматься до своего критического радиуса[36] и критической плотности. Такая звезда способна лишь притягивать к себе все соседние тела и частицы («пожирает материю»), но не может отдать в окружающее пространство ни одной частицы.

При дальнейшем сжатии гравитационные силы продолжают расти, а центробежные силы достигают своего максимума, ибо частица не может иметь скорость, большую скорости света. Гравитационные силы становятся настолько могущественными, что ни одна материальная частица, даже фотон, не может оторваться от поверхности небесного тела.

Например, для нашего Солнца критический радиус равен 2,9 км. Однако расчеты показали, что наше Солнце никогда не сможет сжаться до таких размеров.

Действительный член АН СССР Л. Д. Ландау теоретически установил, что если масса физического тела превышает удвоенную массу нашего Солнца и если его плотность выше плотности атомного ядра, то в природе не существует сил, способных остановить его катастрофическое гравитационное сжатие, которое будет происходить до тех пор, пока оно не исчезнет в «черной» космической дыре⁵⁶. Такое исчезновение в «черной» дыре называется гравитационным коллапсом.