Чорна діра

Лаплас в 1787 вперше розрахував розмір тіла з густиною води, на поверхні якого друга космічна швидкість дорівнює швидкості світла. Таке тіло для зовнішнього спостерігача було б абсолютно чорним.

В 1916 Шварцшильд знайшов розв'язок рівнянь загальної теорії відносності Ейнштейна для сферичносиметричного тіла. За ЗТВ, якщо розмір тіла не перевищує гравітаційного радіуса , тіло своїм тяжінням буде захоплювати світло і будь-яку іншу матерію. Гравітаційний радіус для Сонця складає 3 км, а для масивних зір до 200 км.

В 1930-х при побудові теорії еволюції зір було показано, що зорі з масою понад 3 маси Сонця на кінцевій стадії своєї еволюції неодмінно повинні колапсувати (стискатися) до гравітаційного радіуса. В 1967 Джон Вілер назвав такі колапсари "чорними дірами".

В 1960-х були відкриті галактики з активними ядрами — квазари, радіогалактики та інші. Для поясненні їхнього випромінювання була побудована модель акреції (випадіння) речовини на гігантську (мільйони кілометрів) чорну діру в центрі галактики.

В 1970-х Стівен Хокінг теоретично передбачив квантове випромінювання мікроскопічних чорних дірок (розміром менших за атомне ядро). Такі чорні діри могли утворитися в момент Великого Вибуху і залишитися до наших днів. Первинні чорні діри спостерігати неможливо, тому вони залишаються гіпотетичними.

У 2000-х роках встановлено, що практично в центрі кожної галактики розташована чорна дірка, а також ту особливу роль, яку відіграють чорні дірки в утворенні галактик.

Будова

Чорна діра може мати лише три фізичні параметри: масу, електричний заряд і момент імпульсу. В залежності від їх значень можна побудувати поверхню, з-під якої не може виходити випромінювання. Така поверхня називається горизонтом подій. Реальні чорні діри не мають заряду і обертаються навколо своєї осі. Тому їх горизонт подій є сплюснутим еліпсоїдом обертання. В надрах чорної діри кривина сили гравітації досягають нескінченності в області, яка називається сингулярністю. Сингулярність чорної діри, яка обертається, має форму кільця.

[ред.]

Спостереження

Чорні діри зоряних мас спостерігаються у складі тісних подвійних систем. Речовина зорі-супутника перетікає на чорну діру по спіралі. При цьому утворюється акреційний диск, який випромінює в рентгенівському і гамма-діапазонах. Перша чорна діра була відкрита в 1967 в сузір'ї Лебедя. До 2004 р. рентгенівський космічний телескоп RXTE достовірно виявив 15 чорних дір в подвійних зоряних системах в нашій галактиці.

Гігантські чорні діри визначають по швидкостях зір в ядрах галактик. На 2004 р. таким чином визначені маси центральних чорних дір в 30 галактиках, в тому числі і в нашій.

Також чорні діри можуть бути виявлені завдяки явищу гравітаційного лінзування (при проходжені чорної діри між звичайною зорею і спостерігачем, відбувається візуальне збільшення яскравості зорі, оскільки гравітаційне поле чорної діри викривляє світлові промені).

[ред.]

Чорні діри проміжних мас

Оскільки спостерігаються чорні діри зоряних мас до 20 мас сонця і надмасивні чорні діри у ядрах галактик з масою більше 2 мільйонів мас сонця, постає питання, чи є у всесвіті чорні діри проміжних мас, з масою кілька тисяч мас сонця? Найкращим спостережним свідоцтвом про існування таких чорних дір є ультраяскраві рентгенівські джерела, що спостерігаються у багатьох галактиках як близьких до нас так і в віддалених. Якщо пояснювати ці джерела, як результат акреції речовини на чорну діру, то з великого темпу акреції випливає висновок про велику масу чорної діри.

Чорні діри проміжних мас можуть утворюватись у центрі кулястого скупчення, крім того вони можуть бути у гало галактики. Такі обєкти можуть спостерігатися завдяки гравітаційному мікролінзуванню: якщо чорна діра проміжної маси з гало галактики опиниться на промені зору до якоїсь зорі, то буде спостерігатися спалах зорі, з якого можна визначити масу чорної діри. Зараз проводять такі спостереження, але чорні діри проміжних мас ще не виявлено.

Механізми утворення чорних дір проміжних мас:

1)Утворення чорної діри під час Великого вибуху у раньому всесвіті. Під час Великого вибуху могли утворитися первині чорні діри будь-яких мас, у тому числі і багато тисяч мас сонця.

2)Залишки зірок третього типу населення. Зорі третього типу населення - це перші зорі у всесвіті, які виникли у перші сотні мільйонів років його існування. Вони мали великі маси і могли призводити до утворення досить масивних чорних дір.

3)Зіткнення зірок і чорних дір у кулястому зоряному скупчені. Також чорні діри проміжних мас можуть можуть існувати у ядрах галактик. При утворення галактики речовина колапсує і в її центрі можуть утворюватися чорні діри проміжних мас, з яких з часом утворюється гігантська надмасивна чорна діра.

Альтернативні пояснення ультраяскравих рентгенівських джерел. Замість чорних дір проміжних мас ультраякраві рентгенівські джерела можуть пояснюватись за допомогою явища мікроблазара. Мікроблазар- це подвійна система з чорною дірою зоряної маси в якій є акреаційний диск і джет (струмінь речовини вздовж осі обертання чорної діри) причому цей джет спрямований на спостерігача (на нашу галактику, на сонячну систему). Також ультраяскраві рентгенівські джерела можуть пояснюватись супер-Едингтонівським випромінюванням, в результаті акреції речовини на чорну діру зоряної маси, але ці моделі недостатньо розвинені.

Застосування чорних дір проміжних мас:

1)Утворення надмасивних чорних дір у ядрах галактик.

2)Чорні діри проміжних мас можуть бути джерелами гравітаційних хвиль. Якщо будуть зареєстровани гравітаційні хвилі, то за допомогою них можно буде безпосередньо відкрити чорні діри проміжних мас.