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 діри, він передбачив, що чорна діра обов'язково випромінює частки в зовнішній простір і тим самим втрачає масу. Цей ефект називається випромінюванням (випаровуванням) Хокінга. Спрощено кажучи, гравітаційне поле поляризує вакуум, в результаті чого можливе утворення не тільки віртуальних, а й реальних пар частинка-античастинка. Одна з частинок, що опинилася трохи нижче горизонту подій, падає всередину чорної діри, а інша, яка виявилася трохи вище горизонту, летить, несучи енергію (тобто частина маси) чорної діри. Потужність випромінювання чорної діри дорівнює

Склад випромінювання залежить від розміру чорної діри: для великих чорних дір це в основному фотони і нейтрино, а в спектрі легких чорних дір починають бути присутнім і важкі частинки. Спектр хокінговского випромінювання для безмассових полів виявився строго збігається з випромінюванням абсолютно чорного тіла, що дозволило приписати чорній дірі температуру

Де Hbar - Редукована постійна Планка, c - швидкість світла, k - постійна Больцмана, G - гравітаційна постійна, M - маса чорної діри.

На цій основі була побудована термодинаміка чорних дір, в тому числі введено ключове поняття ентропії чорної діри, яка виявилася пропорційна площі її горизонту подій:

Де A - площа горизонту подій.

Швидкість випаровування чорної діри тим більше, чим менше її розміри. Випаровуванням чорних дір зоряних (і тим більше галактичних) масштабів можна знехтувати, однак для первинних і особливо для квантових чорних дір процеси випаровування стають центральними.

За рахунок випаровування всі чорні діри втрачають масу і час їх життя виявляється кінцевим:

При цьому інтенсивність випаровування наростає лавиноподібно, і заключний етап еволюції носить характер вибуху, наприклад, чорна діра масою 1000 тонн випарується за час порядку 84 секунди, виділивши енергію, що дорівнює вибуху приблизно десяти мільйонів атомних бомб середньої потужності.

У той же час, великі чорні діри, температура яких нижче температури реліктового випромінювання Всесвіту (2,7 К), на сучасному етапі розвитку Всесвіту можуть тільки зростати, тому що випускається ними випромінювання має меншу енергію, ніж поглинається. Даний процес триватиме до тих пір, поки фотонний газ реліктового випромінювання не охолоне в результаті розширення Всесвіту.

Без квантової теорії гравітації неможливо описати заключний етап випаровування, коли чорні діри стають мікроскопічними (квантовими). Згідно з деякими теоріями, після випаровування повинен залишатися "недогарок" - мінімальна Планка чорна діра.

Похожие статьи




Термодинаміка і випаровування чорних дір - Чорні діри

Предыдущая | Следующая