Надо Знать

добавить знаний



Черная дыра



План:


Введение

Гравитационные искажения, вызванные черной дырой перед Большой Магеланово облако (художественное изображение)

Черная дыра - это область простору-часу, в якій гравітаційне поле настільки сильне, що ніщо, що потрапляє в неї, навіть світло, не може втекти. Загальна теорія відносності передбачає, що достатньо компактна маса буде деформувати простір-час, утворюючи чорну діру. Навколо чорної діри існує математично визначена поверхня, що називається горизонтом подій, яка визначає точку, з якої вже немає повернення. Вона називається "чорною", тому що поглинає все світло, що потрапляє на горизонт, нічого не відбиваючи, подібно абсолютно чорному тілу в термодинаміці. Квантова механіка передбачає, що чорні діри випромінюють подібно чорному тілу зі скінченною температурою. Ця температура обернено пропорційна масі чорної діри, роблячи важкими спостереження цього випромінювання для чорних дір зоряних мас та вище.

Об'єкти, поле гравітації яких настільки сильне для світла, що воно не здатне вирватися, були вперше розглянуті у 18 столітті Джоном Мічеллом та П'єром-Симоном Лапласом. Карл Шварцшильд, видатний німецький фізик, був першим, хто запропонував розв'язок загальної відносності, що може характеризувати чорну діру, у 1916 році. Його розв'язок базувався на інтерпретації чорної діри як області простору, з якої ніщо не може втекти. Ця пропозиція настільки випередила свій час, що вона не була повністю оцінена впродовж наступних чотирьох десятиліть. Компактні об'єкти, що утворилися внаслідок гравітаційного колапсу, стали нарешті достовірною астрофізичною реальністю після відкриття нейтронних зір у середині 60-х. Представляючи собою математичний інтерес, теоретичні роботи численних відомих астрофізиків впродовж цієї ери показали, що чорні діри є передбаченням загальної відносності, що з необхідністю слідує з неї.

Очікується, що чорні діри зоряних мас утворюються, коли у зорі масою більше 10 мас Сонця закінчується паливо. Це призводить до скидання зовнішніх шарів газу при вибуху наднової. Ядро зорі колапсує і стає надгустим, так що навіть атомні ядра стискаються разом. Густина енергії у ядрі при цьому прямує до нескінченності. Після того, як чорна діра утворилася, вона може продовжувати рости, абсорбуючи масу зі свого оточення. Абсорбуючи інші зорі та зливаючись з іншими чорними дірами, можуть утворитися надмасивні чорні діри з масами порядку мільйонів мас Сонця. Загальноприйнято, що надмасивні чорні діри існують в центрах більшості галактик. Зокрема, є беззаперечний доказ існування чорної діри масою більше 4 мільйонів мас Сонця у центрі нашої Галактики.

Незважаючи на невидимість структури, присутність чорної діри може бути виявлена через її взаємодію з іншою матерією, світлом або іншим електромагнітним випромінюванням. Із зоряних рухів може бути обчислена маса та положення невидимого компонента. Було відкрито близько шести подвійних зоряних систем, в яких одна з зір невидима, але має існувати, тому що вона змушує своєю гравітаційною силою іншу, видиму зорю обертатися навколо їх спільного центру мас. Таким чином, ці невидимі зорі є добрими кандидатами у чорні діри. Астрономи ідентифікували численні кандидати у чорні діри зоряних мас у подвійних системах, вивчаючи рух їх компаньйонів таким чином.



1. История

Малюнок художника: акреційний диск гарячої плазми, який обертається навколо чорної діри.

Лаплас 1787 року вперше розрахував розмір тіла з густиною води, на поверхні якого друга космічна швидкість дорівнює швидкості світла. Таке тіло для зовнішнього спостерігача було б абсолютно чорним.

На протяжении XIX века идея тел, невидимых вследствие своей массивности, не вызвала большого интереса у ученых. Это связано с тем, что в рамках классической физики скорость света не имеет фундаментального значения. Однако в конце XIX - начале XX века было установлено, что сформулированные Дж. Максвеллом законы электродинамики, с одной стороны, выполняются во всех инерциальных системах отсчета, а с другой стороны, не обладают инвариантностью относительно преобразований Галилея. Это означало, что существующие в физике представления о характере перехода от одной инерциальной системы отсчета к другой нуждаются значительной корректировке.

В ходе дальнейшей разработки электродинамики Г. Лоренцем була запропонована нова система перетворень просторово-часових координат (відомих сьогодні як перетворення Лоренца), щодо яких рівняння Максвелла залишалися інваріантними. Розвиваючи ідеї Лоренца, А. Пуанкаре припустив, що всі інші фізичні закони також інваріантні щодо цих перетворень.

У 1905 році А. Ейнштейн використав концепції Лоренца і Пуанкаре у своїй спеціальній теорії відносності (СТО), в якій роль закону перетворення інерційних систем відліку остаточно перейшла від перетворень Галілея до перетворень Лоренца. Класична (галілеївських-інваріантна) механіка була при цьому замінена на нову, Лоренц-інваріантну релятивістську механіку. В рамках останньої швидкість світла виявилася граничною швидкістю, яку може розвинути фізичне тіло, що радикально змінило значення чорних дір у теоретичній фізиці.

Однак ньютонівська теорія тяжіння (на якій базувалася первісна теорія чорних дір) не є Лоренц-інваріантною. Тому вона не може бути застосована до тіл, що рухаються з наближеною до світлової і світловими швидкостями.

Позбавлена ​​цього недоліку релятивістська теорія тяжіння була створена, в основному, Ейнштейном (сформулював її остаточно до кінця 1915 року) і отримала назву загальної теорії відносності (ЗТВ). Саме на ній і грунтується сучасна теорія чорних дір.

По своему характеру ОТО является геометрической теорией. Она предполагает, что гравитационное поле представляет собой проявление искривления пространства-времени (которое, таким образом, оказывается псевдориманове, а не псевдоевклидове, как в специальной теории относительности). Связь искривления пространства-времени с характером распределения и движения заключаются в нем масс дается основными уравнениями теории - уравнениями Эйнштейна.

1916 года Шварцшильд нашел решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна для сферичносиметричного тела. По ОТО, если размер тела не превышает гравитационного радиуса R_g = {2GM \ over c ^ 2} , Тело своим притяжением будет захватывать свет и любую другую материю. Гравитационный радиус для Солнца составляет 3 км, а для массивных звезд - до 200 км.

В 1930-х при построении теории эволюции звезд было доказано, что звезды с массой более 3 массы Солнца на конечной стадии своей эволюции непременно должны коллапсировать (сжиматься) до гравитационного радиуса. 1967 года Джон Уилер назвал такие коллапсара "черными дырами".

В 1960-х был открыт галактики с активными ядрами - квазары, радиогалактики и другие. Для объяснения их излучения была построена модель аккреции (падения) вещества на огромную (размером более миллиона километров) черную дыру в центре галактики.

В 1970-х Стивен Хокинг теоретически предсказал квантовое излучение микроскопических черных дыр (размером меньших атомное ядро). Такие черные дыры могли образоваться в момент Большого Взрыва и остаться сей день. Первичные черные дыры наблюдать невозможно, поэтому они остаются гипотетическими.

В 2000-х годах установлено, что в центре практически каждой галактики находится черная дыра, а также ту особую роль, которую играют черные дыры в образовании галактик.


2. Строение

Эргосфера представляет собой эллипсоид вне горизонта событий, объекты в нем не могут находиться в состоянии покоя.

Черная дыра может иметь три физические параметры: массу, электрический заряд и момент импульса. Вокруг черной дыры можно построить воображаемую поверхность, из-под которой не может выходить излучения, такая поверхность называется горизонтом событий. Область пространства-времени вблизи черной дыры, расположенная между горизонтом событий и пределом статичности называется эргосфера. Объекты, находящиеся в пределах эргосферы, неизбежно вращаются вместе с черной дырой за счет эффекта Ленз - Тирринга. Эргосфера имеет форму сфероида, меньше полуось которого равна радиусу горизонта событий, больше - удвоенному радиусу. В недрах черной дыры кривизна силы гравитации достигает бесконечности в области, которая называется сингулярностью [1]. Для черных дыр, которые не обращаются, сингулярность имеет форму точки. Сингулярность черной дыры, которая вращается, имеет форму кольца [2].

Шварцшильдовская черная дыра
Моделирование гравитационного линзирования черной дырой, которая искажает изображение галактики перед которой она проходит.

3. Наблюдения

Черные дыры звездных масс наблюдаются в составе тесных двойных систем. Вещество звезды-спутника перетекает в черную дыру по спирали. При этом образуется аккреционный диск, который излучает в рентгеновском и гамма-диапазонах. Первая черная дыра была открыта в 1967 в созвездии Лебедя. До 2004 г. рентгеновский космический телескоп RXTE достоверно обнаружил 15 черных дыр в двойных звездных системах в нашей галактике.

Массы гигантских черных дыр определяют по скоростям звезд в ядрах галактик. На 2004 г. таким образом определенные массы центральных черных дыр в 30 галактиках, в том числе и в нашей.

Также черные дыры могут быть обнаружены благодаря явлению гравитационного линзирования (при прохождении черной дыры между обычной звездой и наблюдателем, происходит визуальное увеличение яркости звезды, поскольку гравитационное поле черной дыры искривляет световые лучи). Это явление также называют кольцами Эйнштейна.

Массивные из известных черных дыр имеет массу 6.6 млрд солнечных масс. Она является центральной черной дырой в галактике Мессье 87. [3]


4. Черные дыры промежуточных масс

Поскольку наблюдаются черные дыры звездных масс до 20 масс солнца и сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик с массой более 2 миллионов масс солнца, возникает вопрос, есть во вселенной черные дыры промежуточных масс, с массой несколько тысяч масс солнца? Лучшим наблюдательным свидетельством о существовании таких черных дыр является ультраяркий рентгеновские источники, которые наблюдаются во многих галактиках как близких к нам так и в отдаленных. Если объяснять эти источники, как результат аккреции вещества на черную дыру, то по характеру аккреции можно сделать предположение о массе черной дыры.

Черные дыры промежуточных масс могут образовываться в центре шаровидного скопления, кроме того они могут быть в гало галактики. Такие объекты могут наблюдаться благодаря гравитационного микролинзирования: если черная дыра промежуточной массы с гало галактики окажется на луче зрения в какой-то звезды, то будет наблюдаться вспышка звезды, по характеру которого можно определить массу черной дыры. Сейчас проводят такие наблюдения, но черные дыры промежуточных масс пока не обнаружено.

Механизмы образования черных дыр промежуточных масс:

1) Образование черной дыры во время Большого взрыва в раннем вселенной. Во время Большого взрыва могли образоваться первичные черные дыры любых масс, в том числе и многие тысячи масс солнца.

2) Остатки звезд третьего типа населения. Заре третьего типа населения - это первые звезды во вселенной, которые возникли в первые сотни миллионов лет его существования. Они имели большие массы могло привести к образованию достаточно массивных черных дыр.

3) Столкновение звезд и черных дыр в шарообразному звездных скоплений. Также черные дыры промежуточных масс могут существовать в ядрах галактик. При образовании галактики вещество коллапсирует и в ее центре могут образовываться черные дыры промежуточных масс, из которых со временем образуется гигантская сверхмассивная черная дыра.

Альтернативные объяснения ультраярких рентгеновских источников. Вместо черных дыр промежуточных масс ультраякрави рентгеновские источники могут объясняться с помощью явления микроблазара. Микроблазар-это двойная система с черной дырой звездной массы в которой есть акреацийний диск и джет (струя вещества вдоль оси вращения черной дыры), причем этот джет направлен на наблюдателя (на нашу галактику, на солнечную систему). Также ультраяркий рентгеновские источники могут объясняться супер-Едингтонивським излучением, в результате аккреции вещества на черную дыру звездной массы, но эти модели недостаточно развиты.

Место черных дыр промежуточных масс:

1) Образование сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик.

2) Черные дыры промежуточных масс могут быть источниками гравитационных волн. Если будут зарегистрированы гравитационные волны, то с их помощью можно будет непосредственно открыть черные дыры промежуточных масс.


5. Падение в черную дыру

Тіло, яке вільно падає під дією сил гравітації, знаходиться в стані невагомості. Воно відчуватиме дію приливних сил, котрі його розтягують в радіальному напрямку і стискають - в тангенціальному. Величина цих сил зростає і прямує до нескінченності при ~r\to 0 . У певний момент власного часу тіло перетне горизонт подій. З точки зору спостерігача, котрий падає разом із тілом, цей момент нічим не відзнпсений, однак повернення назад тепер вже немає. Тіло опиняється в горловині (її радіус у точці, де знаходиться тіло, і є ~r), де стискається настільки швидко, що вилетіти з неї до моменту остаточного схлопування (це і є сингулярність) вже не можна, навіть рухаючись зі швидкістю світла.

З точки зору віддаленого спостерігача, падіння в чорну діру буде виглядати інакше. Нехай, наприклад, тіло світитиметься і, крім того, посилатиме сигнали назад з певною частотою. Спочатку віддалений спостерігач бачитиме, що тіло, перебуваючи в процесі вільного падіння, поступово розганяється під дією сил тяжіння у напрямку до центру. Колір тіла не змінюється, частота фіксованих сигналів практично постійна. Однак, коли тіло почне наближатися до горизонту подій, фотони, що йдуть від тіла, будуть зазнавати все більшого і більшого гравітаційного червого зміщення.

Кроме того, через действие гравитационного поля все физические процессы с точки зрения удаленного наблюдателя уповильнюватимуться через гравитационное замедление времени: часы, закрепленный на радиальной координате r без вращения ( r = const, \ theta = const, \ varphi = const ) Идти медленнее бесконечно удаленных в 1 / \ sqrt {1-r_s / r} раз [4] [5]. Казаться, что тело - в чрезвычайно сплющенном виде - будет замедляться, приближаясь к горизонту событий, и, в конце концов, практически остановится. Частота сигнала резко падать. Длина волн, которые виппроминюватиме тело, стремительно расти, так что свет быстро превратится в радиоволны, и далее - в низкочастотные электромагнитные колебания, зафиксировать которые будет уже невозможно. Пересечение телом горизонта событий наблюдатель не увидит никогда, и в этом смысле падение в черную дыру длиться бесконечно долго. Есть, однако, момент, начиная с которого повлиять на падающее тело удаленный наблюдатель уже не сможет. Луч света, посланный вслед за этим телом, его или вообще никогда не догонит, или догонит уже за горизонтом событий. Кроме того, расстояние между телом и горизонтом событий, а также "толщина" сплющенного (с точки зрения стороннего наблюдателя) тела довольно быстро достигнут планковских длины и (с математической точки зрения) уменьшаться и дальше. Для реального физического наблюдателя (который осуществляет измерения с планковською погрешностью) это равносильно тому, что масса черной дыры увеличится на массу падающего тела, а, значит, радиус горизонта событий возрастет, и падающее тело окажется "внутри" горизонта событий за конечный время.

Аналогично будет выглядеть для удаленного наблюдателя и процесс гравитационного коллапса. Сначала вещество устремится к центру, но вблизи горизонта событий оно станет резко замедляться, его излучение уйдет в радиодиапазон, и в результате удаленный наблюдатель увидит, что звезда погасла [6].


6. Модель на базе теории струн

Теория струн позволяет выстраивание исключительно плотных и мелкомасштабных структур из самых струн и других описываемых теорией объектов, часть из которых имеют более трех измерений. Количество способов организации струн внутри черных дыр огромно. И, что характерно, эта величина совпадает с величиной энтропии черной дыры, которую Хокинг и его коллега Бэкенштейн прогнозировали в 1970-е годы.

В 1996 г. струнные теоретики Эндрю Строминджер и Кумрун Вафа, опираясь на более ранние результаты Сасскинд и Сена, опубликовали работу "Микроскопическая природа энтропии Бэкенштейн и Хокинга". В этой работе Строминджеру и Вафе удалось использовать теорию струн для нахождения микроскопических компонентов определенного класса черных дыр, а также для точного вычисления вкладов этих компонентов в энтропию. Работа была основана на применении нового метода, частично выходит за рамки теории возмущений, которую использовали в 1980-х и начале 1990-х гг. Результат работы в точности совпадал с прогнозами Бэкенштейн и Хокинга, сделанными более чем за двадцать лет до этого.

Реальным процессам образования черных дыр Строминджер и Вафа противопоставили конструктивный подход. Суть в том, что они изменили точку зрения на образование черных дыр, показав, что их можно конструировать путем кропотливой сборки в один механизм точного набора бран, открытых во время второй Суперструнная революции [7].

Строминджер и Вафа смогли вычислить число перестановок микроскопических компонентов черной дыры, при которых общие наблюдаемые характеристики, например масса и заряд, остаются неизменными. Тогда энтропия этого состояния по определению равна логарифму полученного числа - числа возможных микросостояние термодинамической системы. Затем они сравнили результат с площадью горизонта событий черной дыры - эта площадь пропорциональна энтропии черной дыры, как предусмотрено Бэкенштейн и Хокингом на основе классического понимания, - и получили идеальное согласие. По крайней мере, для класса экстремальных черных дыр Строминджеру и Вафе удалось найти приложение теории струн для анализа микроскопических компонентов и точного вычисления соответствующей энтропии.

В 2004 году команда Самира Матура из университета Огайо взялась за прояснение вопроса возможного расположения струн внутри черной дыры [8]. Выяснилось, что почти всегда струны соединяются так, что образуют единую - большую и очень гибкую - струну, но куда большего размера, чем точечная сингулярность.

Группа Самира Матура рассчитала размеры нескольких моделей черных дыр по своей методике. Полученные результаты совпадали с размерами "горизонта событий" в традиционной теории.

В связи с этим матур предположил, что горизонт событий самом деле представляет собой пенящуюся массу струн, а не жестко очерченную границу. Итак, согласно этой модели, черная дыра на самом деле не уничтожает информацию, потому что никакой сингулярности в черных дырах нет. Масса струн распределяется по всему объему до горизонта событий, и информация может храниться в струнах и передаваться выходит излучением Хокинга (а следовательно выходить за горизонт событий).

Однако, авторы признают, что эта картина носит весьма предварительный характер. Им еще предстоит проверить, как модель подходит к больших черных дыр, или понять, как черные дыры эволюционируют.

Еще один вариант предложили Гэри Горовиц из Университета Калифорнии в Санта-Барбаре и Хуан Малдасена с принстоновского Института передовых исследований. По мнению этих исследователей, сингулярность в центре черной дыры существует, однако информация в нее просто не попадает: материя уходит в сингулярность, а информация - путем квантовой телепортации - печатается на излучении Хокинга.


7. Черные дыры во Вселенной

З часу теоретичного передбачення чорних дір залишалося відкритим питання про їх існування, тому що наявність рішення типу "чорна діра" ще не гарантує, що існують механізми утворення подібних об'єктів у Всесвіті. З математичної точки зору відомо, що як мінімум колапс гравітаційних хвиль в загальній теорії відносності стійко веде до формування пасткових поверхонь, а отже, і чорної діри, як доведено Деметріос Крістодулу в 2000-х роках (Премія Шоу за 2011 рік).

З фізичної точки зору відомі механізми, які можуть призводити до того, що деяка область простору-часу буде мати ті ж властивості (ту ж геометрію), що і відповідна область у чорної діри.

В реальності через аккреції речовини, з одного боку, і (можливо) випромінювання Хокінга, з іншого, простір-час навколо колапсара відхиляється від наведених вище точних розв'язків рівнянь Ейнштейна. І хоча в будь-якій невеликій області (крім околиць сингулярності) метрика спотворена не надто сильно, глобальна причинна структура простору-часу може відрізнятися кардинально. Зокрема, даний простір-час може, за деякими теоріями, вже й не мати горизонту подій. Це пов'язано з тим, що наявність або відсутність горизонту подій визначається, серед іншого, і подіями, що відбуваються в нескінченно віддаленому майбутньому спостерігача [9].


7.1. Чорні діри зоряних мас

Черные дыры звездных масс образуются как конечный этап жизни звезды, после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведет к уменьшению внутреннего давления и сжатие звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определенном этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс.

Зависимости от массы звезды и вращательного момента возможны следующие конечные состояния:

  • Угасла очень плотная звезда, состоящая в основном в зависимости от массы, из гелия, углерода, кислорода, неона, магния или железа (основные элементы перечислены в порядке возрастания массы остатка звезды). Такие остатки называют белыми карликами, масса их ограничивается сверху пределом Чандрасекара.
  • Нейтронная звезда, масса которой ограничена пределом Оппенгеймера - Волкова.
  • Черная дыра.

По мере увеличения массы остатка звезды происходит движение равновесной конфигурации вниз по изложенной последовательности. Крутящий момент увеличивает предельные массы на каждой ступени, но не качественно, а количественно (максимум в 2-3 раза).

Условия (главным образом, масса), при которых конечным состоянием эволюции звезды есть черная дыра, изучены недостаточно хорошо, так как для этого необходимо знать поведение и состояние вещества при чрезвычайно высоких плотностях, недоступных экспериментальному изучению. Дополнительные трудности составляет моделирования звезд на поздних этапах их эволюции через сложность возникает химического состава и резкого уменьшения характерного времени протекания процессов. Достаточно вспомнить, что одни из крупнейших космических катастроф, вспышки сверхновых, возникают именно на этих этапах эволюции звезд. Различные модели дают нижнюю оценку массы черной дыры, что получается в результате гравитационного коллапса, от 2,5 до 5,6 масс Солнца. Радиус черной дыры при этом очень мал - несколько десятков километров.

Впоследствии черная дыра может разрастись за счет поглощения вещества - как правило, это газ соседней звезды в двойных звездных системах (столкновение черной дыры с любым другим астрономическим объектом очень маловероятно из-за ее малый диаметр). Процесс падения газа на компактный астрофизический объект, в том числе и в черную дыру, называется аккреции. При этом из-за вращения газа формируется аккреционный диск, в котором вещество разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается и в результате сильно излучает, в том числе и в рентгеновском диапазоне, что дает принципиальную возможность выявлять такие аккреционный диск (и, следовательно, черные дыры) с помощью ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов. Основной проблемой является малая величина и трудности регистрации различий аккреционный диск нейтронных звезд и черных дыр, приводит к неуверенности в идентификации астрономических объектов с черными дырами. Основна відмінність полягає в тому, що газ, що падає на всі об'єкти, рано чи пізно зустрічає тверду поверхню, що призводить до інтенсивного випромінювання при гальмуванні, але хмара газу, що падає на чорну діру, через необмежено зростаюче гравітаційне уповільнення часу (червоного зсуву) просто швидко меркне при наближенні до горизонту подій, що спостерігалося телескопом Хаббла в джерелі Лебідь X-1.

Зіткнення чорних дір з іншими зірками, а також зіткнення нейтронних зірок, що викликає утворення чорної діри, призводить до наймогутнішого гравітаційного випромінювання, яке, як очікується, можна буде виявляти в найближчі роки за допомогою гравітаційних телескопів. В даний час є повідомлення про спостереження зіткнень в рентгенівському діапазоні. 25 серпня 2011 з'явилося повідомлення про те, що вперше в історії науки група японських і американських фахівців змогла в березні 2011 року зафіксувати момент загибелі зірки, яку поглинає чорна діра.


7.2. Надмасивні чорні діри

Дуже великі чорні діри, що розрослися за сучасними уявленнями, утворюють ядра більшості галактик. У їх число входить і масивна чорна діра в ядрі нашої галактики - Стрілець A*.

В даний час існування чорних дір зоряних і галактичних масштабів вважається більшістю вчених надійно доведеним астрономічними спостереженнями.

Американські астрономи встановили, що маси надмасивних чорних дір можуть бути значно недооцінені. Дослідники встановили, що для того, щоб зірки рухалися в галактиці М87 (яка розташована на відстані 50 мільйонів світлових років від Землі) так, як це спостерігається зараз, маса центральної чорної діри повинна бути як мінімум 6,4 мільярда сонячних мас, тобто в два рази більше нинішніх оцінок ядра М87, які становлять 3 млрд сонячних мас.

Для чорної діри в ядрі галактики гравітаційний радіус дорівнює 3?1015 см = 200 а.о., що в п'ять разів більше відстані від Сонця до Плутона. Критична щільність при цьому дорівнює 0,2?10-3 г/см?, що в кілька разів менше щільності повітря.


7.3. Первинні чорні діри

Первинні чорні діри в даний час носять статус гіпотези. Якщо в початкові моменти життя Всесвіту існували достатньої величини відхилення від однорідності гравітаційного поля і щільності матерії, то з них шляхом колапсу могли утворюватися чорні діри. При цьому їх маса не обмежена знизу, як при зірковому колапсі - їх маса, ймовірно, могла б бути досить малою. Виявлення первинних чорних дір представляє особливий інтерес у зв'язку з можливостями вивчення явища випаровування чорних дір.

7.4. Квантові чорні діри

Передбачається, що в результаті ядерних реакцій можуть виникати стійкі мікроскопічні чорні діри, так звані квантові чорні діри. Для математичного опису таких об'єктів необхідна квантова теорія гравітації. Однак із загальних міркувань досить імовірно, що спектр мас чорних дірок дискретний і існує мінімальна чорна діра - Планковська чорна діра. Її маса - близько 10 −5 г, радіус - 10 −35 м. Комптонівська довжина хвилі планковської чорної діри по порядку величини дорівнює її гравітаційного радіусу.

Таким чином, всі "елементарні об'єкти" можна розділити на елементарні частинки (їх довжина хвилі більше їх гравітаційного радіуса) і чорні діри (довжина хвилі менше гравітаційного радіуса). Планковська чорна діра є прикордонним об'єктом, для неї можна зустріти назву максимон, яке вказує на те, що це найважча з можливих елементарних частинок. Інший іноді вживається для її позначення термін - планкеон.

Навіть якщо квантові чорні діри існують, час їх існування вкрай малий, що робить їх безпосереднє виявлення дуже проблематичним. Останнім часом запропоновано експерименти з метою виявлення ознак появи чорних дір в ядерних реакціях. Однак для безпосереднього синтезу чорної діри у прискорювачі необхідна недосяжна на сьогодні енергія 10 26 еВ. Мабуть, в реакціях надвисоких енергій можуть виникати віртуальні проміжні чорні діри.

Експерименти протон-протонних зіткнень з повною енергією 7 ТеВ на Великому адронному колайдері показали, що цієї енергії недостатньо для утворення мікроскопічних чорних дір. На підставі цих даних робиться висновок, що мікроскопічні чорні діри повинні бути важче 3,5-4,5 ТеВ в залежності від конкретної реалізації.


См.. также

Примечания

  1. Carroll 2004, p. 205
  2. Carroll 2004, pp. 264?265
  3. Алєксєй Лєвін (2011-02-03). "Галактичні новини" - elementy.ru/news?theme=125784&newsid=431507#n431507 ( (Рус.) ). Сайт elementy.ru . http://elementy.ru/news?theme=125784&newsid=431507#n431507 - elementy.ru/news?theme=125784&newsid=431507#n431507 . Процитовано 2011-07-22 .
  4. Помилка цитування: Неправильний виклик : для виносок .D0.9F.D0.B0.D0.B4.D1.96.D0.BD.D0.BD.D1.8F не вказаний текст
  5. Помилка цитування: Неправильний виклик : для виносок fpub не вказаний текст
  6. http://www.o8ode.ru/article/timy/coza/black/vnutri_4ernoi_dyry.htm - www.o8ode.ru/article/timy/coza/black/vnutri_4ernoi_dyry.htm
  7. http://elementy.ru/lib/430177 - elementy.ru/lib/430177
  8. http://www.computerra.ru/xterra/37506/ - www.computerra.ru/xterra/37506/
  9. http://ufn.ru/ufn01/ufn01_3/Russian/r013d.pdf - ufn.ru/ufn01/ufn01_3/Russian/r013d.pdf

Литература

  • Загальна теорія відносності: випробування часом. - К.: ГАО НАН України, 2005-288 с.
  • Новиков И. Д. Черные дыры и Вселенная - М., 1985-190 с.
  • Новиков И. Д., Фролов В. П. Физика черных дыр - М.: Наука, 1986-328 с.
  • Хокинг С. Краткая история времени: От большого взрыва до черных дыр - Санкт-Петербург: Амфора, 2007-232 с.
  • Чандрасекар С. Математическая теория черных дыр. В 2 т. - М.: Мир., 1986 - т. 1 - 276 с., т. 2 - 355 с.
  • Черепащук А. М. Поиски черных дыр - Успехи физических наук, 2003 - т. 173, № 4 - с. 345-384
  • Черепащук А. М., Чернин А. Д. Вселенная, жизнь, черные дыры - Фрязіно : Век 2, 2007-320 с.
  • Черные дыры. (Сборник статей) - М.: Мир, 1978-322 с.
  • Шапиро С., Тьюколски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. В 2 т. - М.: Мир, 1985. - т. 1 - 254 с., т. 2 - 655 с.
  • А. М. Черепащук. {{{Заголовок}}}. - 2500 прим. - ISBN 5-85099-149-2
  • К. Торн. {{{Заголовок}}}.
  • И. Д. Новиков, В. П. Фролов. Чёрные дыры во Вселенной - data.ufn.ru//ufn01/ufn01_3/Russian/r013d.pdf // Успехи физических наук. - 2001. - Т. 131. - № 3. - С. 307-324.
  • Ю. И. Коптев и С. А. Никитин Космос: Сборник. Научно - популярная литература // Дет. лит.. - 1976. - С. 223.
  • Киржниц Д.А., Фролов В.П. Природа. - 1981. - С. 2.
  • Киржниц Д.А., Фролов В.П. Прошлое и будущее Вселенной // М.: Наука. - 1986. - С. 61.
  • Бриллюен Л. Наука и теория информации // М.: ГИФМЛ. - 1960.
  • Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания // М.: Высш. школа. - 2003.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам