БСЭ. "Черная дыра"
Начало Вверх

"ЧЁРНАЯ ДЫРА", космич. объект, возникающий в результате релятивистского коллапса гравитационного массивных тел. Катастрофич. гравитац. сжатием (коллапсом) может заканчиваться, в частности, эволюция звёзд, масса к-рых к моменту сжатия превышает нек-рую критическую величину. Значение критической массы точно не определено и в зависимости от принятого уравнения состояния вещества меняется от 1,5 M до 3 M (где M - масса Солнца). При любом уравнении состояния вещества общая теория относительности предсказывает отсутствие устойчивого равновесия для холодных звёзд в неск. солнечных масс. Если после потери устойчивости в звезде не происходит освобождения энергии, достаточной для остановки сжатия или для частичного взрыва, при к-ром оставшаяся после взрыва масса стала бы меньше критической, то центр, части звезды коллапсируют и за короткое время достигают гравитационного радиуса r9. Никакие силы не могут воспрепятствовать дальнейшему сжатию звезды, если её радиус уменьшится до r9 (до радиуса т. н. сферы Шварцшильда). Осн. свойство сферы Шварцшильда состоит в том, что никакие сигналы, испускаемые с поверхности звезды, достигшей этой сферы, не могут выйти наружу. T. о., в результате гравитационного сжатия массивных звёзд появляется область пространства-времени, из которой не может выйти никакая информация о физических процессах, происходящих внутри неё.

"Ч. д." обладает внешним гравитационным полем, свойства к-рого определяются массой, моментом вращения и, возможно, электрич. зарядом, если коллапсирующая звезда была электрически заряжена. На больших расстояниях поле "Ч. д." практически не отличается от полей тяготения обычных звёзд, и движение др. тел, взаимодействующих с "Ч. д." на большом расстоянии, подчиняется законам механики Ньютона. Как показывают расчёты, у вращающейся "Ч. д." вне её поверхности должна существовать область, огранич. поверхностью статич. предела, - т. н. эргосфера. Сила притяжения со стороны "Ч: д.", действующая на неподвижное тело, помещённое в эргосферу, обращается в бесконечность. Однако эта сила конечна, если тело обладает моментом вращения, совпадающим по направлению с угловым моментом "Ч. д.", поэтому любые частицы, оказавшиеся в эргосфере, будут вращаться вокруг "Ч. д.". Наличие эргосферы может привести к потере энергии вращающейся "Ч. д.". Это возможно, в частности, в том случае, если нек-рое тело, влетев в эргосферу, распадается (напр., в результате взрыва) около поверхности "Ч. д." на две части, причём одна из них продолжает падение на "Ч. д.", а вторая вылетает из эргосферы. Параметры взрыва могут быть такими, что энергия вылетевшей из эргосферы части больше энергии первоначального тела. Дополнит, энергия при этом черпается из энергии вращения "Ч. д.". С уменьшением момента вращения "Ч. д." поверхность статич. предела сливается с поверхностью "Ч. д." и эргосфера исчезает. Быстрое вращение коллапсирующего тела препятствует образованию "Ч. д." вследствие действия центробежных сил вращения. Поэтому "Ч. д." не может иметь момент вращения больший нек-рого экстремального значения. Как показывают квантовомеханич. рг.счёты, в сильном гравитационном поле "Ч. д." могут рождаться частицы - фотоны, нейтрино, гравитоны, электрон-позитронные пары и др.; в результате"Ч. д." излучает как чёрное тело с эффективной температурой
2904-4.jpg

даже тогда, когда никакое вещество на неё не падает. Энергия этого излучения черпается из энергии гравитац. поля "Ч. д.", что со временем приводит к уменьшению массы "Ч. д.". Однако из-за низкой эффективности процессы квантового излучения несущественны для массивных "Ч. д.", возникающих в результате коллапса звёзд. На ранних (горячих и сверхплотных) этапах развития Вселенной в ней из-за неоднородного распределения вещества могли образоваться "Ч. д." с различной массой -от 10-5 г до массы Солнца и больше. В отличие от "Ч. д." - сколлапсировавших звёзд эти "Ч. д." получили назв. первичных. Процессы квантового излучения уменьшают массу "Ч. д.", и к настоящему времени все первичные "Ч. д." с массой меньше 1015 г должны были "испариться". Интенсивность и эффективная темп-ра излучения "Ч. д." увеличиваются с уменьшением её массы, поэтому на последней стадии (для массы порядка 3· 109 г) "испарение" "Ч. д." представляет собой взрыв с выделением 1030 эрг за 0,1 сек. Первичные "Ч. д." массой большей чем 1015 г остались практически неизменными. Обнаружение первичных "Ч. д." по их излучению позволило бы сделать важные выводы о физич. процессах, протекавших на ранних стадиях эволюции Вселенной.

Поиски "Ч. д." во Вселенной представляют собой одну из актуальных задач совр. астрономии. Предполагается, что "Ч. д." могут быть невидимыми компонентами нек-рых двойных звёздных систем. Однако этот вывод не достоверен, т. к. одна из звёзд двойной системы, будучи нормальной звездой, может оказаться невидимой на фоне более сильного свечения второй компоненты. Др. метод отождествления "Ч. д." в двойных системах основывается на изучении свечения вещества, к-рое перетекает к "Ч. д." с соседней (обычной) звезды. Вблизи "Ч. д." из перетекающего вещества образуется диск, его слои движутся вокруг "Ч. д." с различными скоростями (см. рис.). Из-за трения между соседними слоями вещество в диске нагревается до десятков миллионов градусов, и внутренние области диска излучают энергию в рентгеновском диапазоне электромагнитного спектра. Аналогичное излучение будет рождаться и в том случае, если на месте "Ч. д." в двойной системе будет находиться нейтронная звезда, но последняя не может иметь массу больше нек-рого предельного значения. В результате космич. исследований открыто большое число источников рентгеновского излучения в двойных звёздных системах. Наиболее вероятным кандидатом в "Ч. д." является рентгеновский источник Лебедь X-1. Масса источника в этой двойной системе, к-рую можно оценить из наблюдаемой скорости движения оптич. звезды по орбите и законов Кеплера, превышает 5 M, т. е. больше предельного значения массы для нейтронной звезды. Предполагается также, что в ядрах активных галактик и квазарах могут находиться сверхмассивные "Ч. д." (M =: 106-108 M ) и наблюдаемая активность этих объектов обусловлена падением на "Ч. д." окружающего их газа.

"Чёрная дыра" в двойной звёздной системе. 

Лит.: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Теория тяготения и эволюция звёзд, M., 1971; П е н р о у з Р., "Черные дыры", "Успехи физических наук", 1973, т. 109, в. 2; Ш к л о в с к и й И. С., Звезды: их рождение, жизнь и смерть, M., 1975; Торн К., Поиски черных дыр, пер. с англ., "Успехи физических наук", 1976, т. 118, в. 3; Фролов В П., Черные дыры и квантовые процессы в них, там же; Ш а к у р а H. И., Нейтронные звезды и "черные дыры" в двойных звездных системах, M., 1976; Новиков И. Д., Черные дыры во Вселенной, M., 1977; Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж., Гравитация, пер. с англ., т. 1-3, M., 1977.

H. И. Шакура.

Яндекс.Метрика

© (составление) libelli.ru 2003-2017