Структура чорної діри - Еволюція зірок
Вдалині від чорної діри простір-час майже плоске, і там світлові промені поширюються прямолінійно. Це - важливий факт. Промені світла, що проходять ближче до чорної дірки, відхиляються на більш значні кути. Коли світло поширюється через область простору-часу з більшою кривизною, його світова лінія стає все більш викривленою. Можна навіть направити промінь світла точно в такому напрямку щодо чорної діри, щоб цей світ виявився спійманий на кругову орбіту навколо дірки. Ця сфера навколо чорної діри іноді називається "Фотон сферою" або - фотонів окружністю"; вона утворена світлом, оббігали навколо чорної діри по всіляких кругових орбітах. Кожна зірка у Всесвіті посилає хоч трохи світла саме на таку відстань від чорної діри, що цей світ захоплюється на фотонних сферу.
Слід пам'ятати, що ці кругові орбіти на фотонів сфері надзвичайно нестійкі. Щоб зрозуміти сенс цього твердження, уявімо собі майже кругову орбіту Землі навколо Сонця. Орбіта Землі стійка. Якщо Землю злегка штовхнути, то не станеться нічого особливого. Однак коли промінь світла хоч трохи відхилиться від свого ідеального кругового шляху на фотонів сфері, то він дуже швидко піде по спіралі або всередину чорної діри, або назад в космічний простір. Саме нікчемне обурення, куди б воно не було спрямовано - всередину або назовні, відводить світло з фотонами сфери. Саме в цьому сенсі говорять про нестійкість всіх кругових орбіт на фотонів сфері.
Нарешті, ті промені світла, які націлені майже прямо на чорну діру, "всмоктуються" в неї. Такі промені назавжди йдуть з зовнішнього світу чорна діра їх буквально поглинає.
Представлений тут сценарій описує поведінку самого простого з можливих типів чорних дір. У 1916 р., всього через кілька місяців після того, як Ейнштейн опублікував свої рівняння гравітаційного поля, німецький астроном Карл Шварцшильда знайшов їх точне рішення, яке, як виявилося згодом, описує геометрію простору-часу поблизу ідеальної чорної діри. Це рішення Шварцшильда описує сферично симетричну чорну дірку, що характеризується тільки масою. Породила цю чорну діру гіпотетична вмираюча зірка повинна не обертатися і бути позбавленою як електричного заряду, так і магнітного поля. Речовина такий вмираючої зірки падає по радіусу "вниз" до центру зірки, і кажуть, що вийшла, чорна діра має сферичної симетрією. Якби чорна діра виникала при колапсі обертається зірки, то у неї були б якесь "привілейоване" напрям, а саме діра мала б віссю обертання. Рішення Шварцшильда вільно від подібних ускладнень. Така шварцшільдовська чорна діра представляє собою найпростіший з усіх можливих типів чорної діри. Ми обмежимося розглядом лише цього простого випадку.
Зрозуміти природу шварцшільдовської чорної діри можна, розглядаючи масивну (але не обертається і не має заряду) вмираючу зірку в процесі гравітаційного колапсу. Нехай хтось стоїть на поверхні такої вмираючої зірки, у якої тільки що вичерпалося ядерне паливо. Безпосередньо перед початком колапсу наш спостерігач бере потужний прожектор і направляє його промені в різні боки. Так як речовина зірки поки розподілено в досить великому обсязі простору, гравітаційне поле біля поверхні зірки залишається досить слабким. Тому промінь прожектора поширюється прямолінійно або майже прямолінійно. Однак після початку колапсу речовина зірки стискається в усі меншому і меншому обсязі. У міру зменшення розмірів зірки тяжіння у її поверхні зростає все більше і більше. Збільшення кривизни простору-часу призводить до відхилення світлового променя від колишнього прямолінійного розповсюдження. Спочатку промені, що виходять з прожектора під малим кутом до горизонту, відхиляються вниз до поверхні зірки. Але надалі, в міру розвитку колапсу, нашому дослідникові доводиться направляти промені вгору все ближче до вертикалі, щоб вони могли назавжди піти від зірки. Врешті-решт, на деякій критичній стадії колапсу дослідник виявить, що вже ніякої промінь не в змозі піти від зірки. Як би наш дослідник ні направляв свій прожектор, його промінь все одно змінює свій напрямок так, що знову падає вниз, на зірку. Тоді кажуть, що зірка пройшла свій горизонт подій. Ніщо, опинившись за горизонтом подій, не може вийти назовні, навіть світло. Дослідник вмикає свій радіопередавач і виявляє, що він нічого не може передати залишилися зовні, оскільки радіохвилі не здатні вирватися за обрій подій. Наш дослідник буквально зникає з зовнішньої Всесвіту.
Термін "горизонт подій" - дуже вдала назва для тієї поверхні в просторі-часу, з якою ніщо не може вибратися. Це справді "обрій", за яким всі "події" пропадають з поля зору. Іноді горизонт подій, що оточує чорну діру, називають її поверхнею.
Знаючи рішення Шварцшильда, можна розрахувати положення горизонту подій, що оточує чорну діру. Наприклад, поперечник сфери горизонту подій чорної діри з масою, рівною 10 сонячних мас, становить близько 60 км. Як тільки вмираюча зірка з масою в 10 сонячних мас стиснеться до поперечника в 60 км, простір-час настільки сильно скривилося, що навколо зірки виникне горизонт подій. У результаті зірка зникне.
У момент, коли вмираюча зірка піде за свій горизонт подій, її розміри ще досить великі, але ніякі фізичні сили вже не зможуть зупинити її подальше стиснення. І зірка в цілому продовжує стискатися, поки, нарешті, не припинить своє існування в точці в центрі чорної діри. У цій точці нескінченно тиск, нескінченна щільність і нескінченна кривизна простору-часу. Це "місце" в просторі-часу іменується сингулярністю.
Перш за все, чорну діру оточує фотонна сфера, що складається з променів світла, що рухаються по нестійким кругових орбітах. Всередині фотонів сфери знаходиться горизонт подій - односторонньо пропускає поверхню в просторі-часу, з якою ніщо не може вирватися. Нарешті, в центрі чорної діри знаходиться сингулярність. Все те, що провалюється крізь горизонт подій, засмоктується в сингулярність, де воно під дією нескінченно сильно викривленого простору-часу припиняє своє існування. Після того як вмираюча зірка заходить за свою фотонних сферу і наближається до горизонту подій, від неї в навколишнє Всесвіт може вирватися все менше і менше світлових променів. У міру наближення катастрофічного колапсу масивної зірки до його неминучого кінця, променям світла з поверхні зірки стає все важче і важче піти назавжди від зірки.
З наближенням поверхні зірки до горизонту подій її яскравість убуває з неймовірною швидкістю. Через всього 1 / 1000 з після початку гравітаційного колапсу конус виходу стає настільки вузьким, що лише одна квадрильйон (10 ~ 15!) Світла зірки може вислизнути в зовнішню Всесвіт. Усього мить і колишня яскрава зірка стає майже зовсім чорної.
Одночасно з швидким ослабленням яскравості вмираючої зірки вступає в гру й інший важливий ефект. Тяжіння викликає уповільнення перебігу часу. Цей ефект іменується гравітаційним червоним зміщенням бо світло, яке випускається атомами, зануреними у гравітаційне поле, "зміщується" у бік більш довгих хвиль. Тому в ході посилення гравітаційного поля поблизу зірки в процесі її колапсу світло, яке випускається атомами на поверхні цієї зірки, відчуває все більшу і більшу червоне зміщення. Тому для спостерігає її з боку астронома коллапсуюча зірка стає одночасно і слабкою, і випромінюючої світло все більш довгих (більш "червоних") хвиль.
Похожие статьи
-
Випромінювання чорної діри - Еволюція зірок
Чорна діра народжує частинки. Порівняно великі чорні діри масою в декілька сонячних мають настільки низькою температурою, що можуть робити тільки...
-
У наш час важко знайти людину, яка не чула б про чорні діри. Разом з тим, мабуть, не менш важко відшукати того, хто зміг би пояснити, що це таке. Втім,...
-
Нейтронні зірки - Еволюція зірок
Через п'ять років, в 1939 р., Ю. Р. Оппенгеймер і Г. Волков опублікували великі обчислення, що доводять плідність міркувань С. Чандрасекара. Але так як...
-
Вступ, Еволюція зірок - Еволюція зірок
Дивлячись на всіяне зорями небо, людина приходить у захват, не залишаючись байдужим до того, що бачить. "Відкрилася безодня, зірок повна. Зіркам числа...
-
Властивості чорних дір - Чорні діри
Поблизу чорної дірки напруженість гравітаційного поля така велика, що фізичні процеси там можна описувати тільки за допомогою релятивістської теорії...
-
Історія ідеї про чорні діри - Чорні діри
Англійська геофізик і астроном Джон Мічелл припустив, що в природі можуть існувати настільки масивні зірки, що навіть промінь світла не здатний покинути...
-
Висновок, Список використовуваної літератури - Еволюція зірок
Білі карлики, нейтронні зорі й чорні діри, існування яких передбачено теорією, але ще не підтверджено спостереженнями, є кінцевими стадіями еволюції зір...
-
Чорна діра - область простору, в якій гравітаційне тяжіння настільки сильно, що ні речовина, ані випромінювання не можуть цю область покинути. Для що там...
-
Падіння в чорну діру - Чорні діри
Уявімо собі, як має виглядати падіння в шварцшільдовскую чорну діру. Тіло, вільно падаюче під дією сил гравітації, знаходиться в стані невагомості....
-
Термодинаміка і випаровування чорних дір - Чорні діри
Уявлення про чорну діру як про абсолютно поглинає об'єкті були скориговані С. Хокінгом в 1975 році. Вивчаючи поведінку квантових полів поблизу чорної...
-
Пошуки чорних дір - Чорні діри
Розрахунки в рамках ЗТВ вказують лише на можливість існування чорних дір, але аж ніяк не доводять їх наявності в реальному світі, відкриття чорної діри...
-
Види чорних дір, Надмасивні чорні діри, Первинні чорні діри, Квантові чорні діри - Чорні діри
Надмасивні чорні діри Розрослися дуже масивні чорні діри, за сучасними уявленнями, утворюють ядра більшості галактик. У їх число входить і масивна чорна...
-
Формування чорних дір - Чорні діри
Найбільш очевидний шлях утворення чорної діри - колапс ядра масивної зірки. Поки в надрах зірки не виснажився запас ядерного палива, її рівновага...
-
Жизненный цикл звезды - Процесс образования и структура звезд
Обычная звезда, такая, как Солнце, выделят энергию за счет превращения во лорола н гелий в ядерной печи, находящейся и самой ее сердцевине. Солнце...
-
Нормальные звезды - Процесс образования и структура звезд
Все звезды в основе своей похожи на наше Солнце: это огромные шары очень горячего светящегося газа, в самой глубине которых вырабатывается ядерная...
-
Введение - Процесс образования и структура звезд
3везды бывают новорожденными, молодыми, среднего возраста и старыми. Новые звезды постоянно образуются, а старые постоянно умирают. Самые молодые,...
-
Структура организации - это способ построения взаимосвязи между уровнями управления и функциональными областями, обеспечивающий оптимальное при данных...
-
Возраст - 4,5682±0,0006 млрд лет Расположение - Местное межзвездное облако, Местный пузырь, рукав Ориона, Млечный Путь, Местная группа галактик Масса -...
-
Анкетування, структура анкети, Вимоги до анкетера, Інтерв'ю, його види - Шпаргалки з соціології
Анкетування -- письмове опитування з допомогою анкети. Вимоги до анкетера Ефективність роздаткового анкетування залежить не тільки від змісту і структури...
-
Соціальна структура сучасної індустріальної економіки України - Шпаргалки з соціології
Соціальна структура сучасної індустріальної ек. Укр. репрезентована таким ек. суб'єктами: підприємець, менеджер, робітник, споживач. Підприємець -...
-
Соціологічний підхід до структури особистості враховує передусім особливості і механізми її соціальної поведінки. Особистість розглядається як утворення...
-
СПИРАЛЬНЫЕ ВЕТВИ - Размеры и структура нашей Галактики
Одним из наиболее заметных образований в дисках галактик, подобных нашей, являются спиральные ветви (или рукава). Они и дали название этому типу объектов...
-
Общая структура планеты Земля - История, строение и народонаселение планеты Земля
Структура планеты Земля, как и другие планеты земной группы, имеет слоистое внутреннее строение. Она состоит из твердых силикатных оболочек (коры, крайне...
-
Происхождение элементов - Процесс образования и структура звезд
Наш обычный мир - скалистая Земля с ее океанами, атмосферой, растительной и животной жизнью - 'состоит примерно из 100 различных химических элементов. Во...
-
Сверхновая - смерть звезды - Процесс образования и структура звезд
Космический звезда солнечный пульсар Чтобы разобраться в том, что приводит к взрыву сверхновой, нам придется рассмотреть последние стадии эволюции...
-
Нейтронные звезды - Процесс образования и структура звезд
Если масса сжимающейся звезды превосходит массу Солнца более чем в 1,4 раза, то такая звезда, достигнув стадии белого карлика, на атом не остановится....
-
Вспыхивающие звезды, Двойные звезды - Процесс образования и структура звезд
Магнитные явления на Солнце являются причиной солнечных пятен и солнечных вспышек, но они не могут существепно повлиять на яркость Солнца. Для некоторых...
-
Звездные скопления - Процесс образования и структура звезд
По-видимому, почти все звезды рождаются группами, а не по отдельности. Поэтому нет ничего удивительного в том, что звездные скопления - вещь весьма...
-
Висновок, Список літератури - Чорні діри
Таким чином, всі "елементарні об'єкти" можна розділити на елементарні частинки (їх довжина хвилі більше їх гравітаційного радіуса) і чорні діри (довжина...
-
Строение недр планет зонной группы - Структура Солнечной системы
Каково строение недр планет? Наиболее изученной является Земля, поэтому естественно начать с описания недр Земли. По аналогии с Землей разрабатываются...
-
Внутреннее строение планет-гигантов - Структура Солнечной системы
Как уже говорилось, изучать непосредственно недра планет-гигантов (ПГ) не представляется возможным. Основную роль в их исследовании играют теоретические...
-
ФЕДЕРАЛЬНОЕ СОБРАНИЕ РФ: ПРАВОВОЙ СТАТУС И СТРУКТУРА - Структура парламентов: общее и особенное
По Конституции РФ 1993 года (статья 94), Федеральное собрание признается парламентом России. Согласно ч.1 ст. 95 Конституции Федеральное Собрание состоит...
-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ - Структура парламентов: общее и особенное
Таким образом, действующая Конституция Российской Федерации принципиально отличается от прежних актов конституционного законодательства. Она несет в себе...
-
Условия залегания импактитов Импактиты обнажаются на мысу Леппяниеми (западная часть озера) и слагают три острова, расположенные в центральной части...
-
Що є Земля, Місяць, Сонце, зорі? Де починається і де закінчується Всесвіт? Коли він виник і з чого складається? Що сприяло його утворенню? Де межі його...
-
Структура - Юпитер среди планет Солнечной системы
Модель внутренней структуры Юпитера: под облаками -- слой смеси водорода и гелия толщиной около 21 тыс. км с плавным переходом от газообразной к жидкой...
-
Структура Вселенной - Вселенная: ее эволюция и строение
С возникновением атомов водорода начинается звездная эра, а точнее говоря, эра протонов и электронов. Вселенная вступает в звездную эру в форме...
-
Ответ: Недопустимо направлять это оружие в сторону человека, домашних животных, жилых помещений вне зависимости от того, заряжено оружие или не заряжено....
-
Внутренняя структура, Линии - Спутник Европа
- Европа больше похожа на планеты земной группы, чем другие "ледяные спутники", и в значительной степени, состоит из горных пород. Поверхность спутника...
-
Структура гражданского правоотношения - Основы гражданского права
В процессе гражданско-правового регулирования общественных отношений их участники наделяются субъективными правами и обязанностями, которые в дальнейшем...
Структура чорної діри - Еволюція зірок