Эволюция звезд

      Таким образом, в принципе, среди рентгеновских источников — компонент тесных двойных систем могут быть и черные дыры. Решающий тест, позволяющий отличить черную дыру от нейтронной звезды, состоит в определении массы такого рентгеновского источника. К сожалению, эта задача оказывается далеко не простой. Из зависимости лучевых скоростей оптической звезды от времени, вызванной ее орбитальным движением вокруг центра тяжести системы, можно получить только функцию масс, но отнюдь не массу «невидимого» рентгеновского источника. Если бы рентгеновский источник имел пульсирующую строго периодическую компоненту, то в сочетании с анализом кривой лучевых скоростей оптической компоненты можно было бы определить массы каждой из компонент. Но в случае рентгеновского источника, связанного с черной дырой, пульсирующей компоненты в рентгеновском излучении не может быть. При такой ситуации приходится применять разного рода косвенные методы, далеко не всегда надежные.

      Уже несколько лет обсуждается возможность того, что яркий рентгеновский источник Лебедь Х-1 обусловлен черной дырой. Как известно, этот источник надежно отождествляется с яркой звездой класса В, у которой длины волн спектральных линий меняются с периодом 5,6 дня. И вот появилось сообщение, что длина волны линии излучения ионизованного гелия в спектре этой звезды меняется с тем же периодом, но с противоположной фазой. Если бы эти наблюдения подтвердились, то естественно было бы считать, что эта линия излучения возникает не в атмосфере «оптической» звезды, а в газовой струе около рентгеновского источника или в окружающем его диске. Тогда понятно, почему изменения лучевых скоростей этой линии противоположны по фазе изменениям лучевых скоростей других линий. Из измеренного отношения амплитуд лучевых скоростей, как легко понять, непосредственно находится отношение масс. Так как масса оптической звезды класса В около 20M , а отношение амплитуд лучевых скоростей как будто оказалось равным 1:2, то сразу же следовал важнейший вывод, что масса рентгеновской звезды около 10M . Так как верхний предел массы нейтронных звезд около 2,5M , то выходило, что источник Лебедь Х-1 — черная дыра. Большинство исследователей считают, что компактная рентгеновская компонента Лебедя Х-1 имеет массу, превышающую шесть солнечных, следовательно, является черной дырой.

      В 1972-1973 гг. обнаружился другой кандидат в «черные дыры» - рентгеновский источник 2U 0900-40, отождествляемый со звездой седьмой величины спектрального класса В, имеющей обозначение HD 77581. Этот источник затмевается оптической компонентой, причем период равен семи дням. Из анализа лучевых скоростей оптической звезды и наблюдаемой длительности рентгеновского затмения можно сделать вывод, что масса рентгеновской компоненты не может быть меньше, чем 3М . При такой оценке, однако, было принято, что масса оптической звезды равна 45М - величина, обычная для таких звезд. Все же эта оценка нижней границы массы рентгеновской компоненты 2U 0900-40 содержит ряд произвольных допущений. Поэтому нельзя сейчас считать  доказанным, что в этом случае обнаружена «черная дыра».

      Сейчас одно из важнейших направлений физики — исследование черных дыр, поскольку вблизи них проявляются скрытые свойства гравитации. Для поведения вещества и излучения в слабых гравитационных полях различные теории тяготения дают почти неразличимые прогнозы; однако в сильных полях, характерных для черных дыр, предсказания различных теорий существенно расходятся, что дает ключ к выявлению лучшей среди них. В рамках наиболее популярной сейчас теории гравитации Эйнштейна свойства черных дыр изучены весьма подробно. Наиболее любопытные особенности черных дыр таковы:

1) Вблизи  черной дыры время течет медленнее,  чем вдали от нее. Если удаленный  наблюдатель бросит в сторону  черной дыры зажженный фонарь, то увидит, как фонарь будет падать все быстрее и быстрее, но затем, приближаясь к поверхности Шварцшильда, он начнет замедляться, а его свет будет тускнеть и краснеть (поскольку замедлится темп колебания всех его атомов и молекул). С точки зрения далекого наблюдателя, фонарь практически остановится и станет невидим, так и не сумев пересечь поверхность черной дыры. Но если бы наблюдатель сам прыгнул вместе с фонарем, то он за короткое время пересек бы поверхность Шварцшильда и упал к центру черной дыры, будучи при этом, к сожалению, разорван ее мощными приливными силами.

2) Каким  бы сложным не было исходное  тело, после его сжатия в черную  дыру внешний наблюдатель может  определить только три его  параметра: массу, момент импульса  и электрический заряд. Все  остальные особенности тела (форма, распределение плотности, химический состав и пр.) в ходе коллапса «стираются». Например, если сжималось незаряженное и невращающееся тело, то в результате получится шварцшильдовская (сферически симметричная) черная дыра, а все исходные неровности тела излучатся при коллапсе в форме гравитационных волн.

3) Если  исходное тело вращалось, то  вокруг черной дыры сохраняется  «вихревое» гравитационное поле, увлекающее все соседние тела  во вращательное движение вокруг нее. Поле тяготения вращающейся черной дыры называют полем Керра (который первым нашел решение соответствующих уравнений).

4) Все  вещество внутри черной дыры  непременно падает к ее центру  и образует сингулярность с  бесконечно большой плотностью. Английский физик Стивен Хокинг определяет сингулярность как «место, где разрушается классическая концепция пространства и времени так же, как и все известные законы физики, поскольку все они формулируются на основе классического пространства-времени».

5) Хотя  черная дыра «все съедает и  ничего не отпускает», тем не  менее возможен обмен энергией  между ней и внешним пространством,  например, пролетающие вблизи нее  частицы или кванты могут уносить энергию ее вращения. Кроме этого С. Хокинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового «испарения» черных дыр, который, вообще говоря, может приводить к их полному исчезновению.

Список  литературы: 

1. Кейчи В. «Мир глазами современной физики» - М.: Мир, 1984
2. Левитан Е.П. «Эволюционирующая Вселенная» – М.: Просвещение, 1993
3. Попов С.Б., Прохоров М.Е. «Звезды: жизнь после смерти» - М.: Век 2, 2006
4. Хван М.П. «Неистовая вселенная. От большого взрыва до ускоренного расширения, от кварков до суперструн». – М. : Ленанд, 2006
5. Шкловский И.С. «Звезды: их рождение, жизнь и смерть». – М.: Наука,1977