Астрофизика (физика звезд на поздней стадии эволюции) - Еще раз о Мироустройстве

Из выступления директора Государственного астрономического ин-та им. Штейнберга, академика РАН, профессора, Черепащук.

Черные Дыры, Кротовые Норы, Темная Материя, Темная Энергия. Свойства этих новых форм материи очень необычны и поэтому в их реальное существование верится с трудом. Но эти современные открытия сегодня четко обоснованы наблюдательными данными. Астрономия является наблюдательной наукой. Она не имеет возможности прямого воздействия на изучаемые объекты. При исследованиях в астрофизике решаются обратные задачи. То есть, по принятым излучениям мы пытаемся восстановить те объекты и причины, которые эти следствия вызывают. Но обратные задачи - это очень трудные задачи, в большинстве своем они некорректно поставлены. То есть малым возмущением наблюдательных данных могут соответствовать сколь угодно большие возмущения объекта исследований. По этому интерпретировать астрономические данные очень не просто, что чревато неоднозначными результатами. Кроме того, многое зависит от типа используемой модели. Примером решения прямой и обратной задачи может служить тюбик с пастой.

А. Н. Тихонов разработал аппарат для решения некорректных задач. Он показал, что имеется два варианта решения обратной задачи. Первое, это использование априорной информации об объекте. То есть, необходимо построить оптимальную модель. Второе направление - это использование возможно широкого диапазона наблюдательных данных, что позволяет получить устойчивое решение. К сожалению, астрономия до середины 50-ых годов ХХ века работала в очень узком оптическом окне, когда изучаемый диапазон в очень узком оптическом окне, от инфракрасных лучей отстоял всего на два диапазона электромагнитных волн, приходящих из космоса. Атмосфера Земли не прозрачна для этого излучения.

После того, как был запущен искусственный спутник Земли, открылись новые возможности изучения космических лучей, поскольку с приборами вышли за земную атмосферу. В СССР была открыта эра космических исследований, и перед астрономами открылся бесконечный мир космоса. Сегодня мы изучаем Вселенную в широком электромагнитном диапазоне: от гаммы лучей, рентгеновских лучей, ультрафиолетовых лучей, до инфракрасных и радио лучей. Диапазон принимаемых излучений увеличился от двух раз до 1016 Раз. Это привело к тому, что надежность интерпретации данных космических наблюдений сравнилось с надежностью лабораторных физических экспериментов.

Из чего состоит Вселенная? Рассмотрим ее энергетический состав.

    4% - это барионные вещества, это атомы и молекулы, молекулы это материальная часть Вселенной. 20% - это Темная Материя, уникальный вид материи, которая ничего не излучает, ничего не поглощает, так как она не подвержена магнитным и ядерным взаимодействиям. Она проявляет себя только гравитационными силами. Она, видимо, состоит из каких то дискретных элементов, так как концентрируется к массам барионного вещества, гравитационно окучивается.

Более 70% - это Темная Энергия. Этот тип материи негравитационно окучивается. Это некоторая совокупность полей. Она ничего не излучает и ничего не поглощает и обладает свойством отталкивания (антигравитация). Видимо, Темная Энергия ответственна за разбегание галактик. Чтобы это обнаружить потребовались огромные усилия ученых и применения современных средств наблюдения, что наблюдается наземными устройствами и космическими аппаратами.

Каково же наблюдательное проявление Темной Материи? Еще в 1933 году ученые указали на необычность свойств галактик в скоплениях, их неустойчивость, скручивание, что образует концентрацию из сотен и тысяч галактик. В нашей Вселенной таких скоплений примерно 100 000. В скоплениях галактики движутся с очень большими скоростями в 1000 км/сек. Если посчитать массу всех видимых галактик, то оказывается, что ее недостаточно, чтобы удержать галактики, движущиеся с такими огромными скоростями. Система была бы неустойчива, она бы разрушилась и погибла. Но таких скоплений многие тысячи и они являются стационарными. А, следовательно, чтобы их удерживать необходимо присутствие еще дополнительной массы. Эту массу и называют Темной Материей. Ее должно быть в 10 раз больше, чем видимой материи, образующей вещественную Вселенную.

Если смотреть в космическое пространство через мощный телескоп, то мы уже не увидим звезд, а увидим скопление галактик в виде туманных пятен. Сами галактики вращаются, что изучается с помощью эффекта Доплера. Сравнивая излучения от центра галактики ее периферии, и по смещению линий поглощения спектра звезд определяется скорость вращения. Знаю форму галактики, по линиям смещения можно установить ее линейную скорость.

Оказывается, что галактики тоже ведут себя странным образом. Если бы они состояли только из барионного вещества, то их основная бы масса была бы сосредоточена в центральной части, а остальные бы звезды вращались бы вокруг центральной массы по закону Ньютона. Скорости их вращения должны были бы уменьшаться от центра к периферии пропорционально vR. Однако ничего подобного во Вселенной не наблюдается. Скорости Галактик остаются постоянными по абсолютной величине вплоть до расстояния в многие десятки кило парсек. Это постоянство скорости вращения галактик свидетельствуют о том, что помимо обычных звезд существует дополнительная масса - Темная Материя. И масса Темной Материи должна быть в 5-10 раз больше массы звездного вещества.

После получения таких результатов ученые хотели обобщить закон Ньютона на большие космические расстояния, как-то его изменить, модифицировать. МОД - модифицированная Ньютоновская динамика. Они предлагают отвергнуть понятие Темной Материи, объясняя такие высокие скорости галактик необходимостью подправить закон Ньютона. Но тогда возникнет необходимость видоизменять закон для каждой галактики, в случае если признать, что она состоит только из барионного вещества. Кроме того, существуют и другие наблюдательные данные, свидетельствующие о наличии Темной Материи.

Скопление галактик помимо звезд содержат еще и горячий газ, который идет от звезд в виде звездного ветра, а так же от вспышек сверх новых звезд. Этот газ оседает в скоплениях галактик. Он был обнаружен с помощью рентгеновской астрономии. Это позволило показать, что температура такого газа очень высокая, в несколько млн. градусов, при этом электроны движутся со скоростями в 1 000 000 км/сек.

По косвенным наблюдениям удается так же оценить расстояние с учетом зависимости яркости объекта от расстояния да него. Это зависимость, безусловно, имела бы место, если бы не было Темной Энергии. Кроме того, наблюдательные данные позволили определить тот факт, что наша Вселенная расширяется. По сектору далекого квазара по линии водорода с длинной волны 1200 Ангстрем, имеет длину волны 5500 Ангстрем, то есть в пять раз больше. Линия спектра сместилась из-за разбегания галактик, произошло смещение длины волны в красную часть спектра, как результат расширения Вселенной. Кроме того, удалось определить флуктуации реликтового излучения. Они разделены между собой расстоянием в угол 10.

Темная Энергия имеет необычное уравнение состояния. Она обладает отрицательным давлением. Если подставить это значение давления в уравнение Эйнштейна, которое описывает гравитацию, где надо учитывать не только массу покоя, но и энергию движения (давления), то при отрицательном давлении получается антигравитация.

Этим объясняются необычные свойства темной среды. Причем, существует три модели Темной Энергии

Если, W = 1 то это вакуум. Вакуум это среда в которой нельзя отличить состояние покоя от состояния движения. В вакууме нельзя выделить какую либо систему отсчета. Это лоренс - вариантная среда. Свойства вакуума очень необычные, но плотность его равна 10-27 г/см3, она отлична от нуля. Это тоже очень удивительно. Возможно, это некоторый особый вид вакуума, который не совпадает с понятием физического вакуума. Ведь, у последнего плотность как бы должна равняться нулю.

Если ¦W¦ < 1 , то это "квинт эссенция", что тоже дает антигравитацию, но ее свойства могут меняться как во времени, так и в пространстве. Из такой материи можно создавать некоторые структуры.

Если ¦W¦ > 1, То это, так называемая, фантомная энергия, которая может привести к всемирному разрыву. Со временем из-за антигравитации все связи между структурами разорвутся, и через сотни миллионов лет распадутся и атомные ядра, и микро частицы распадутся на некоторые структуры. Вселенная в таком случае будет заполнена излучением, что равносильно первичному, волновому состоянию. То есть, фантомная энергия не позволит осуществляться каким-либо структурам.

Таковы, имеющиеся на сегодня, три модели состояния материи под названием Темная Энергия. Однако, исследования этого вопроса показывают, что необходимо увеличение точности наблюдений, для чего планируются специальные космические эксперименты с огромными материальными затратами для уточнения уравнения состояния. Необходимо выяснить, что представляет собой материя, занимающая 70% вещества во Вселенной.

Кроме новых форм материи, как Темная Энергия и Темная Материя, сегодня утвердились такие понятия как Черные Дыры и Кротовые Норы. В то время как Черная Материя и Черная Энергия представляют собой, видимо, протяженные формы материи, распределенной в пространстве, во Вселенной имеются контактные формы материи - это Черные Дыры.

Что это такое? (Подробно о них говорится в другом разделе). Если взять Землю и сжать ее до шарика в 9 мм диаметром, то мы получим вторую космическую скорость, не 11 м/сек, как сейчас, а 300000 км/сек, что равно скорости света. То есть, Черная дыра - это область пространства и времени, где наружу не сможет вырываться даже свет. У Черной Дыры очень много совершенно необыкновенных, особенных свойств. Поэтому многие ученые не верят в существование Черных Дыр. Однако, наблюдательный эксперимент подтверждает их существование. Сегодня уже существует методика их обнаружения и определения их массы.

Что же это такое? Прежде всего, в центре Черной Дыры существует сингулярность с аномально бесконечной плотностью, где сколлапсировало падающее вещество. Если масса звезды в конце ее эволюции превышает 3Мс (ядро, которое затронуто термоядерной реакцией), то такое ядро имеет сильную гравитацию, и под ее воздействием плотность вещества >? . Возможно, на этом уровне уже начинает работать не обычная, а квантовая гравитация.

Следует заметить, что в сингулярности, вероятно, отсутствует классическое понятие пространства и время. То есть, материя там существует в другом пространственно временном континууме, возможно даже, имеющим дискретную форму. Очень малый скачек по пространству, например, 10-33 см, что на 20 порядков меньше размера атомного ядра, может соответствовать сколь угодно большому промежутку по времени. Такое соотношение может представлять собой процесс мгновенного переноса на бесконечное расстояние в пространстве.

Если Черную Дыру схлопнуть из Земли, то ее гравитационный радиус будет равен 9 мм. Для Солнца гравитационный радиус составит 3 км, а Черная Дыра радиусом в 2 млрд. масс Солнца будет иметь такой радиус, равным 40 а. е., что равно расстоянию от Солнца до Плутона. Это соответствует радиусу Солнечной Системы. Если Черная Дыра не вращается, то ее гравитационный радиус будет соответствовать горизонту событий. Это не твердая и не наблюдаемая поверхность, так как с точки зрения наблюдателя на этой поверхности время останавливается. Сколь угодно малый промежуток времени на этой поверхности соответствует сколь угодно большому промежутку времени во Вселенной.

То есть нам необходимо прожить бесконечное время, чтобы заметить хоть какое ни будь возмущение на этой поверхности, на горизонте событий Черной Дыры. Эта световая сфера пространства и время, и через нее можно свободно проникнуть внутрь, но далее происходит падение в квантовую сингулярность, в состояние невесомости. И тогда внутри Черной Дыры происходит пространственно временное преобразование, проникновение в другие Миры.

Вне Черной Дыры мы ее не видим, но можем легко в нее проникнуть, но без возврата. Столь необычные свойства Черной Дыры препятствуют пониманию этой формы материи. Если Черная Дыра вращается, то она может представлять собой источник энергии, поскольку электромагнитные вихри преобразуют энергию фотона.

На первый взгляд Черные Дыры обладают весьма фантастичными свойствами, но последние наблюдательные эксперименты вселяют в ученых уверенность, что подобное явление существует на самом деле. Однако, пока четких доказательств, с точки зрения теории относительности, по поводу существования Черных Дыр не получено.

Для обнаружения существования Черной Дыры или момента ее возникновения необходимо, чтобы масса объекта была больше 3МС, с выгоранием и прекращением термоядерной реакции, газовое давление не будет поддерживаться, и наступит процесс сжатия материи, и звезда уйдет в Черную Дыру.

Если звездное тело имеет массу меньше 3МС, то в конце выгорания оно перейдет в нейтронную звезду, что представляет собой атомное ядро. Их фиксируют по системе двойных звезд. Сегодня обнаружено несколько десятков объектов, кандидатов в Черные Дыры.

В центре ядер галактик располагаются массивные Черные Дыры, которые могут иметь массу до миллиардов МС. Их массы измеряются косвенным путем, с помощью измерения движения пробных тел. Так возле Черных Дыр расположены газовые диски (акреционные диски), газовые облака и отдельные звезды. Можно измерить их скорости их движения, их расстояние до Черной Дыры. А зная эти два параметра, можно по закону Ньютона рассчитать и массу Черной Дыры. И таким способом сейчас уже измерены массы тысяч ЧД, находящихся в ядрах галактик.

На сегодняшний день известны сотни звездных Черных Дыр и тысячи тех массивных, что находятся в ядрах галактик. Последние находятся очень легко по определению центра соответствующей галактики. Обнаружение же звездных Черных Дыр сложнее, поскольку необходимо найти источник рентгеновского излучения, вычислить акрецию вещества, которое питает соответствующую Черную Дыру. Это возможно потому, что выпадение вещества на поверхность ЧД сопровождается яркой вспышкой в рентгеновском диапазоне излучения. Затем, выполняя оптическую идентификацию, можно измерить движение такой звезды.

Косвенным образом измеряется и размер ЧД по быстрым изменениям характера излучения в рентгеновском диапазоне, так как стабильность пульсации такого излучения двойной звезды (пульсара, квазара) очень высока. А размеры ЧД измеряются прямым способом, с помощью современных радио интерферометров. Их размеры хоть и не велики, но, не смотря на огромные расстояния по удаленности звезд от нас, удается зафиксировать и оценить угловые значения этих размеров.

Итак, массы этих объектов очень велики, а размеры относительно малы и составляют значения, равные нескольким гравитационным радиусам. Никакая совре5менная физика не в состоянии объяснить устойчивое состояние таких объектов, как ЧД.

Кроме перечисленных выше новых видов материи во Вселенной, сегодня астрофизики говорят о новом типе объектов во Вселенной - это "Кротовые Норы". Почему о них физики стали говорить более серьезно, хотя многие из них к этой проблеме относятся более чем скептически? Дело в том, что в центре Кротовых Нор отсутствует сингулярность. Через Кротовую Нору материальный объект может пройти, может выйти из нее, а в ЧД можно только упасть и исчезнуть как материя.

Примером Кротовых Нор может служить нора, которая в области нашего пространства во Вселенной соединяет между собой галактики. По ней можно путешествовать и, несмотря на то, что расстояния между галактиками составляет порядка 10 млн. световых лет, по Кротовой Норе можно перебраться за очень короткое время, преодолев это расстояние, совершая путешествие в пространстве и во времени.

Кротовые Норы могут соединять между собой и различные вселенные, не связанные между собой причинно следственными связями. Для этого необходимо движение со скоростями, существенно большими, чем скорость света. Это получается система во всех мерном пространстве и времени, а не наша трех мерная система. Такие вселенные по отношению к нам находятся по отношению к нам в абсолютном будущем.

Сегодня имеются модели Мультимира, которые говорят о том, что вселенных очень много (бесконечное множество, М. Каценберг), которые образовались из кипящего вакуума, из вакуумной пены. Их много, и наша Вселенная есть одна из таких реализаций. Если бы не Кротовые Норы, то не было бы возможности переходить из одной вселенной в другую или из одной галактику в другую. Однако, пока не намечены даже пути технологической реализации такой математической модели.

В 1930 году Эйнштейн и Розен уже написали первую работу о Кротовых Норах. Но выяснилось, что для того, чтобы создать Кротовую Нору, необходимо иметь особый вид материи, обладающую отрицательным давлением. Возможно, кротовые норы - это не физический объект, а физическое явление, математическая модель или физическое свойство много мерного пространства и времени или форма его энергии. И такая энергия сегодня, практически открыта - это Темная Энергия.

Согласно современной парадигме существует четыре новых вида материи: Темная Матери, Темная Энергия, Черные Дыры и Кротовые Норы.

Из всех этих видов материи, на сегодня, больше всего "изучены" Черные Дыры.

Сама ЧД как барионное вещество не наблюдается, светится вещество при падении на горизонт событий, происходит сильный разогрев и мощное рентгеновское излучение. Как на практике измеряют физические параметры, определяют физические свойства ЧД, и как их выделяют в пространстве Вселенной? ЧД легче всего изучать в двойной системе., когда рядом с ЧД имеется обычная оптическая звезда типа нашего Солнца. Если на Солнечную Систему смотреть из космоса, то такой двойной системой будет пара Солнце - Юпитер.

Согласно Ньютоновскому закону притяжения, звезды вращаются вокруг ЧД. Можно измерять излучение звезды и следить за тем, как смещается ее спектр за счет эффекта Доплера, и по нему измерять скорость звезды по лучу зрения, узнавать период, скорость. Отсюда можно сделать вывод о массе невидимого объекта, вокруг которого звезда вращается. Мир двойных рентгеновских систем очень богат. Эпоха таких наблюдений началась с 1971 года, когда в США был запущен в космос первый рентгеновский спектроскоп. Тогда были открыты сотни рентгеновских источников, имеющих температуры в десятки и сотни млн. градусов.

Именно с помощью рентгеновских аппаратов стали измерять массы экзотических объектов: двойных звезд, квазаров, ЧД, нейтронных звезд. Так производят наблюдения рентгеновских двойных систем, поскольку именно в световом диапазоне можно изучать физические свойства космических объектов. Рентгеновские и световые лучи прекрасно дополняют друг друга. Рентгеновские лучи нам сообщают, что имеется компактный объект малых размеров, на который выпадает вещество оптической звезды. Это теория акреции вещества на ЧД получила развитие в начале 70-х годов ХХ-го века, акреция Зельдовича.

Теоретики предсказали, что при падении вещества на ЧД должно выделяться мощное рентгеновское излучение. Светит не сама ЧД, а ее окрестности. Скорость падения вещества превышают скорость света, и происходит очень сильный разогрев. Излучение же оптических звезд дает возможность измерить массы ЧД. Открытиям в области рентгеновской астрономии была присвоена Нобелевская премия.

В настоящее время существует огромная фототека звездного неба. Поэтому всегда можно определить оптического компаньона к любой рентгеновской системе, зафиксировавшего источник рентгеновского излучению. Так была обнаружена звездная система Геркулес С1 и связанная с ней оптическая звезда 14-ой звездной величины. При этом, зафиксировано их звездное затмение, обнаружен акреционный диск, который прецессирует. Затмение происходит с периодичностью 1,7 дня, а их прецессионный период составляет 35 дней.

Эта оптическая пара была выбрана исходя из соображений совпадения периодичности физических процессов обоих звезд.

Вскоре была осуществлена фиксация еще одной звездной пары Лебедь 3Х1 с рентгеновскими источниками, где периодичность центрального смещения длится меньше времени вращения центральной звезды и составляет 136 дней, а их частотная полоса составляет1000 Е. Вскоре после этого открытия писали даже, что, возможно, внеземная цивилизация шлет нам сигнал газовым лазером. Но вскоре поняли, что это естественные физический процесс, от которого мы получаем космические импульсы с очень высокой стабильностью.

Известный русский ученый Шкловский говорил, что в оптическом диапазоне такой сигнал обнаружить не возможно, поскольку вращение происходит вокруг источника мощного рентгеновского излучения, который экранирует оптическую звезду. К тому же, это действительно - звезда, а не планета. Рассматривали так же вопрос строгой поляризации лазерного луча, якобы, посылаемого нам системой. Однако, оказалось, что луч имеет широкий спектр. Идея о вне земной цивилизации была отвергнута.

Кроме того, более подробное изучение двойной системы показало, что она имеет очень высокую стабильность пульсации и представляет собой рентгеновскую пару: ЧД - Звезда. Итак, мы имеем космическую систему: ЧД - Звезда - акреционный диск в плоскости орбиты звезды. Периодичность такой системы легко вычисляется, и, как говорилось ранее, по доплеровскому эффекту можно определить массу системы, а затем и массу ЧД, исходя из наклона орбиты оптической звезды.

Трудно доказать, что масса равна гравитационному радиусу, поскольку замерить на таком расстоянии величины порядка 30 км очень сложно (а именно таким может быть гравитационный радиус ЧД). Поэтому применяю косвенные методы. Рентгеновское излучение имеет не регулярный характер, поскольку имеются флуктуации на акреционном диске, накладываются апериодические процессы, газовые пятна на орбитах. То есть мы имеем наложение регулярных и квазипериодических процессов. Спектр мощности имеет пики, характерные для квазипериодических систем, и их частоты лежат в пределах от 100 до 500 Гц. Это говорит о том, что период обращения пятен составляет всего 0,002 сек.

Поэтому можно получить оценку характерного размера объекта, который находится внутри. Так было определено, что многие такие объекты составляют размеры в несколько гравитационных радиусов. А с помощью оптической звезды по спектру определяется масса и скорость вращения звезды, равная 200 км (с погрешностью в 1-2 км). При взрыве ЧД, и образовании Сверх Новой звезды может образовываться несимметричный диск акреции, который может не совпадать с плоскостью орбиты.

При изучении этих объектов используются сложнейшие математические уравнения, разрабатываются серьезные математические модели, применяется при их решении метод суперпозиции и математической аппроксимации.

Из ЧД вырываются газовые струи, они закручиваются на дисках, скорость движения вещества к ЧД превышает скорость света. Из-за взаимного трения струй в акреционном диске температура достигает сотен миллионов градусов, и наружу выходит рентгеновское излучение. Точность расчетов сильно зависит от наклона орбиты двойной звезды.

Ранее получали с помощью мощных телескопов точнейшие измерения. Однако, используемые модели были очень не совершенными, так как для описания использовалась система двух точечных масс без учета распределенных параметров. К тому же многое зависит от расположения центра масс двойной системы. Конечно, к таким системам модель точечной массы не применима.

Итак, наземные телескопы, спутники с рентгеновскими телескопами, современные математические модели, решение обратных задач, все это вместе позволило серьезно продвинуться в астрофизических измерениях. Наблюдательный эксперимент делает астрономию серьезной физической наукой. В настоящее время, измерения проведены для 50-ти нейтронных звезд и 24-х ЧД. Измерены их массы. Согласно современной теории относительности нейтронная звезда не может иметь массу более 3МС. Именно так разделяют космические объекты наЧД и нейтронные звезды.

Нейтронные звезды характеризуются наблюдаемой поверхностью. Это радио пульсар или рентгеновский пульсар. Это быстро вращающаяся нейтронная звезда с мощным электромагнитным полем, порядка 1012 Гаусс. Ось его поля наклонена к оси вращения. Излучения, определяемые вращением, имеют строго периодический характер с периодом до 1 сек. и даже меньше. Это явный признак наблюдаемой поверхности нейтронной звезды. Очень сильное магнитное поле и высокая скорость вращения - это следствие сжатия космического объекта от радиуса порядка 106 км до 10 км. Так как магнитное поле звезды не соосно оси вращения, то мы наблюдаем маяк, строго периодического радио излучения. Это радио пульсар. Таких объектов зарегистрировано уже свыше нескольких тысяч.

Если такая звезда захватывает в свое поле тяготения вторую звезду, то образуется двойная система. В такой системе происходит перетекание вещества на более массивную звезду через магнитные полюса. При этом, в области полюсов образуются горячие рентгеновские пятна и ударные волны. Это рентгеновский пульсар.

Если масса недостаточна, то захват вещества не происходит, а накапливается на экваторе с последующим ядерным взрывом, который длится несколько секунд. Мы наблюдаем вспышки. Этот процесс периодический. Рентгеновский бастер говорит о том, что у объекта имеется наблюдаемая поверхность.

Что же касается объектов, отнесенных к разряду ЧД, то они не проявляют никаких признаков наблюдаемой поверхности. Чтобы окончательно утвердится, что объект является ЧД, необходимо у них подтвердить целый ряд характерных признаков. Что касается массивных ЧД, то размеры их массы столь велики, что можно такие объекты фиксировать по их тени непосредственно.

Интерферометры с большим угловым разрешением, вероятно, позволят в будущем разглядеть такую ЧД, как тень его акреционного диска в виде темного пятна, поскольку такой объект не дает излучения. Наблюдения показывают, что ЧД и нейтронные звезды ведут себя в полном согласии с теорией относительности.

В этой связи родилась новая область астрофизики - демография ЧД - рождение и эволюция, взаимодействие со звездами и галактиками. Научные исследования в этом плане проводят по двум направлениям. Во-первых, это подтверждение их физических свойств. Во-вторых, получение их сравнительных характеристик и сопоставление с нейтронными звездами и галактиками.

Основной вопрос заключается в следующем. Как массивные ЧД в галактиках смогли вырасти до таких размеров, за какое время они сформировались? Или в этом смысле вообще нельзя говорить о времени?

Сейчас уже установилась классификация, распределение ЧД по массам. Дело в том, что вообще распределение звезд по массам в нашей галактике резко возрастает в сторону малых масс. Для ЧД такое распределение не выдерживается, для них характерно плоское распределение по массам. Это может служить подсказкой к решению вопроса происхождения ЧД.

С одной стороны, можно предполагать, что эволюция звезды в конце ее жизни была такова, что малые, массивные ЧД не образовывались. С другой стороны, возможно в двойных системах они распадались. Кроме того, такое системное нарушение может быть связано с селекцией в процессе наблюдения.

Сегодня существует парадигма гравитации в многомерном пространстве. Предполагается, что наше пространство имеет не трех мерное измерение (это лишь то, что доступно нам в ощущениях), а вплоть до 10-ти измерений. При этом, некоторые измерения свернуты в трубочку, диаметр которой, в нашем представлении, стремится к нулю. Есть гипотеза, что скорость испарения ЧД в многомерном пространстве намного выше, нежели чем в трехмерном пространстве.

Хоккинг, в свое время, предположил, что ЧД должна испаряться вблизи горизонта событий, где образуются элементарные частицы и фотоны. Они уходят в пространство, унося с собой энергию. Благодаря этому ЧД может терять свой вес и испариться. В таком случае, в процессе эволюции Вселенной некоторые ЧД с малой массой успели испариться. Скорость квантового испарения пропорциональна m3.

Испарение на горизонте событий в двойных системах должно приводить к изменению орбитального периода системы. Такой процесс реально можно наблюдать в течение физического эксперимента, хотя такие исследования могут потребовать очень высоких точностей измерения. Физический эксперимент приводит к тому, что четвертое пространственное измерение дополнительно составляет 0,1 мм, есть ограничения на предел этого измерения. То есть 4-ое пространственное измерение свернуто в трубочки, диаметр которой меньше 0,1 мм.

Физические эксперименты приводят к выводу, что 4-ое измерение имеет такую маленькую размерность. Дальше с помощью физических измерений пробиться не возможно, поскольку необходимо убедиться в справедливости закона пропорции 1/R2 для закона тяготения Ньютона на расстоянии долей мм. Это является очень сложной практической задачей. Пока в лаборатории удалось замерить только до 0,01 мм.

А вот длительное наблюдение за орбитальным периодом рентгеновских двойных систем дают надежду на то, что в будущем появится возможность дальше продвинуться в область проверки этой идеи.

Вернемся к вопросу рождения ЧД. Изначально было две звезды. Одна больше, другая меньше по массе. Происходило перетекание вещества под действием гравитации. По временной шкале ядерной эволюции это миллиарды лет. Постепенно вызрело железное ядро, и произошел коллапс, сжатие. И, если масса ядра возросла до 3Мс, то возникла ЧД, если меньше, то нейтронная звезда. Оболочка сбрасывается, и мы наблюдаем рождение сверх новой звезды.

Как осуществляется наблюдение за этим процессом? Еще в 70-е годы ХХ-го века астрономы наблюдали Г - всплески, и с их регистрацией возникла большая загадка. Но сейчас стало ясно, что это коллапс массивных звезд, наблюдаемых на больших расстояниях, в других галактиках.

Сейчас зафиксировано красное свечение от объектов, соответствующее временным промежуткам в 300 млн. лет, что менее 1-го млрд., тогда как возраст Вселенной составляет 14,5 млрд. лет. Согласно современным моделям, г - всплеск - это рождение массивной, быстро вращающейся ЧД. Это связано с тем, что при обычных процессах в звездах такое излучение не может выйти на поверхность, а вращается внутри и перерабатывается в оптическое излучение. Но в момент коллапса г - излучение выносится из объекта. Этому помогает вращение вращающейся ЧД, которое выносит вещество на поверхность звезды, выбрасывая нейтронное вещество, прошивая оболочку новой звезды. Чтобы звезды не поглощались ЧД, необходимо, чтобы она быстро вращалась, чтобы не было потери момента вращения.

При формировании ЧД выбрасывается огромная энергия, сравнимая с энергией аннигиляции целой солнечной массы. ЧД - это новая форма материи, в ней пространство и время взаимно связаны и преобразуются друг в друга.

Вообще, физических загадок очень много. Например, почему спутник, потеряв на орбите энергию, падает на Землю с ускорением, и у него многократно возрастает кинетическая энергия? Классическая теория говорит о преобразовании потенциальной энергии в кинетическую. На самом деле, видимо здесь работает отрицательная энергия гравитации. Запас этой энергии в стационарной системе в 2 раза больше, чем тепловой энергии.

Стационарная энергия в гравитирующей среде всегда имеет такое соотношение энергий. То есть, любое тело сидит в глубокой потенциальной яме.

Если звезда излучает тепло, то она сжимается. При сжатии потенциальная энергия звезды перерабатывается в кинетическую энергию падения слоев, а затем в тепло. То есть, звезда восполняет энергию, потраченную на излучение.

Похожие статьи




Астрофизика (физика звезд на поздней стадии эволюции) - Еще раз о Мироустройстве

Предыдущая | Следующая