Черные дыры в рамках общей теории относительности

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 (математик Рой Керр в 1963 нашел решение соответствующих уравнений). Этот эффект характерен не только для черной дыры, но для любого вращающегося тела, даже для Земли. По этой причине размещенный на искусственном спутнике Земли свободно вращающийся гироскоп испытывает медленную прецессию относительно далеких звезд. Вблизи Земли этот эффект едва заметен, но вблизи черной дыры он выражен гораздо сильнее: по скорости прецессии гироскопа можно измерить момент импульса черной дыры, хотя сама она не видна.

     Чем ближе мы подходим к горизонту  черной дыры, тем сильнее становится эффект увлечения «вихревым полем». Прежде чем достичь горизонта, мы окажемся на поверхности, где увлечение  становится настолько сильным, что  ни один наблюдатель не может оставаться неподвижным (т. е. быть «статическим») относительно далеких звезд. На этой поверхности (называемой пределом статичности) и внутри нее все объекты должны двигаться по орбите вокруг черной дыры в том же направлении, в котором  вращается сама дыра. Независимо от того, какую мощность развивают его  реактивные двигатели, наблюдатель  внутри предела статичности никогда  не сможет остановить свое вращательное движение относительно далеких звезд. 

     Предел  статичности всюду лежит вне  горизонта и соприкасается с  ним лишь в двух точках, там, где  они оба пересекаются с осью вращения черной дыры. Область пространства-времени, расположенная между горизонтом и пределом статичности, называется эргосферой. Объект, попавший в эргосферу, еще может вырваться наружу. Поэтому, хотя черная дыра «все съедает и ничего не отпускает», тем не менее, возможен обмен энергией между ней и внешним пространством. Например, пролетающие через эргосферу частицы или кванты могут уносить энергию ее вращения. 

4.  Все  вещество внутри горизонта событий  черной дыры непременно падает к ее центру и образует сингулярность с бесконечно большой плотностью. Английский физик Стивен Хоукинг 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. Кроме этого, С. Хоукинг открыл возможность очень медленного самопроизвольного квантового «испарения» черных дыр. В 1974 он доказал, что черные дыры (не только вращающиеся, но и любые) могут испускать вещество и излучение, однако заметно это будет лишь в том случае, если масса самой дыры относительно невелика. Мощное гравитационное поле вблизи черной дыры должно рождать пары частица-античастица. Одна из частиц каждой пары поглощается дырой, а вторая испускается наружу. Например, черная дыра с массой 1012 кг должна вести себя как тело с температурой 1011К, излучающее очень жесткие гамма-кванты и частицы. Идея об «испарении» черных дыр полностью противоречит классическому представлению о них как о телах, не способных излучать.

7. Изучение  черных дыр. Теория и  практика

     В центре Млечного Пути, как мы знаем, находится сверхмассивная черная дыра. Но изучать ее гораздо сложнее, чем  дыры в соседних или даже далеких  галактиках. Это связано с плотной  стеной газа и пыли, встающей на пути центру нашей Галактики, ведь Солнечная  система находится почти на краю галактического диска. Поэтому наблюдения активности черных дыр гораздо эффективней  у тех галактик, ядро которых хорошо просматривается. При наблюдении одной  из далеких галактик, расположенной  в созвездии Волопаса на расстоянии 4-х миллиардов световых лет, астрономам впервые удалось отследить от начала и почти до конца процесс  поглощения звезды супермассивной черной дырой. В течение тысяч лет этот гигантский коллапсар мирно покоился в центре безымянной эллиптической галактики, пока одна из звезд не осмелилась приблизиться к ней достаточно близко. Мощная гравитация черной дыры разорвала звезду на части. Сгустки вещества начали падать на черную дыру и при достижении горизонта событий, ярко вспыхивать в ультрафиолетовом диапазоне. Эти вспышки и зафиксировал новый космический телескоп NASA, изучающий небо в ультрафиолете. Телескоп и сегодня продолжает наблюдать за поведением отличившегося объекта, т.к. трапеза черной дыры еще не закончилась, а остатки звезды продолжают падать в бездну времени и пространства. Наблюдения таких процессов, в конце концов, помогут лучше понять, как черные дыры развиваются вместе с их родительскими галактиками (или, наоборот, галактики развиваются с родительской черной дырой). Более ранние наблюдения показывают, что подобные эксцессы не редкость во Вселенной. Ученые подсчитали, что в среднем звезда поглощается сверхмассивной черной дырой типичной галактики один раз в 10000 лет, но поскольку галактик большое количество, то наблюдать поглощения звезд можно гораздо чаще.

     Создать черную дыру для подробного изучения в условиях лаборатории, по-видимому, никогда не удастся: при любых разумных массах (даже в миллионы тонн!) ее размер должен быть меньше, чем у протона или нейтрона. Поэтому свойства черных дыр пока изучаются теоретически. Однако расчеты показывают, что некоторые звезды в конце своей жизни могут очень сильно сжиматься (коллапсировать) и превращаться в черные дыры. Поиск таких объектов ведется уже несколько десятилетий, и сейчас можно с большой уверенностью указать несколько весьма вероятных кандидатов. Однако их изучение затруднено огромными расстояниями от Земли. И хотя сам факт существования черных дыр уже трудно подвергать сомнению, практическое изучение их свойств все еще впереди. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                          Заключение 

     Меньше  столетия назад люди не только понятия  не имели о том, что такое черные дыры, но даже не смогли бы вообразить их себе, если бы какой-нибудь фантастический путешественник во времени прибыл к  ним из нашей эпохи и попытался  рассказать о подобных чудесах природы. У человека, впервые услышавшего  это словосочетание, сразу возникает  образ, например, отверстия в стене, отгораживающей темную комнату, иначе  говоря - обыкновенная дырка. Упоминание о дырах во Вселенной первоначально  также ассоциируется с неким  отверстием в небесах. Последнее  суждение отчасти верно, но физическая сущность черной дыры гораздо сложнее, чем может показаться на первый взгляд. Это – чрезвычайно сложный  и при этом чрезвычайно интересный объект для изучения. И как тут  не вспомнить слова поэта, выражающие ощущение человека, столкнувшегося с  одной из величайших загадок природы, с тем огромным новым миром, который  возникает после смерти звезд:

     И звезды умирают во Вселенной... Звезда уходит, словно в глубь себя,

     В последнем крике выплеснув все  чувства... Уходит внутрь, во тьму, в ничто,

     Оставив бездну времени-пространства, воронку  мрака среди звездной пыли.

     Голодный  зев уже иных миров... Что Дантов ад в сравненье с этим адом!

     Безмолвной  бездной, заключенной в сферу,

     Где время перепуталось с пространством

     И все пути ведут к уничтоженью...

     И только черный ветер во Вселенной.

     Застывший ветер, смерч из звездной пыли стоит  на страже на краю воронки...

                                                                 М. Катыс 

     Черным  дырам присуща одна уникальная черта  – таинственность, загадочность, необычность. Свойства их кардинально отличаются не только от свойств предметов, окружающих нас в обыденной жизни, но и от свойств многих физических объектов и небесных тел, которые часто тоже далеко не тривиальны.

     Чем таинственней загадка, чем глубже проблема, тем больший интерес она вызывает и у специалистов, и у всех интересующихся наукой. А. Эйнштейн писал: “Самое прекрасное и глубокое переживание, выпадающее на долю человека, — это ощущение таинственности”. А у черных дыр  и у Вселенной вряд ли найдутся конкуренты по части их загадочности. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                   Список используемой  литературы: 

1. Лаплас  П. «Изложение систем мира», 1795 (оцифрованная копия с комментариями);
2. Новиков И. «Черные дыры и Вселенная». Москва, 1985;
3. Сурдин В. Г. «О черных дырах», 1999
4. Материалы с сайтов:

www.ru.wikipedia.org;

www.aboutspace.com;

www.alberteinstain.com;

5. Материалы Большой энциклопедии Кирилла и Мефодия;
6. Материалы БСЭ (1983 г, изд.2).