Чёрные дыры

Черная дыра обладает внешним гравитационным полем, свойства которого определяются массой, моментом вращения и, возможно, электрическим зарядом, если коллапсирующая звезда была электрически заряжена. На больших расстояниях поле чёрной дыры практически не отличается от полей тяготения обычных звёзд, и движение других тел, взаимодействующих с чёрной дырой на большом расстоянии, подчиняется законам механики Ньютона. Гравитационное поле настолько сильно, что абсолютно не может испускать свет, поэтому они кажутся чёрными.Катастрофическая гравитация сжатием (коллапсом) может заканчиваться, в частности, эволюция звёзд, масса которых к моменту сжатия превышает критическую величину. Значение критической массы точно не определено и в зависимости от принятого уравнения состояния вещества меняется от 1,5M до 3M (где M - масса Солнца).

Если после потери устойчивости в звезде не происходит освобождения энергии, достаточной для остановки сжатия или для взрыва, при котором оставшаяся после взрыва масса стала бы меньше критической, то центральные части звезды коллапсируют и за короткое время достигают гравитационного радиуса rg. Никакие силы не могут воспрепятствовать дальнейшему сжатию звезды, если её радиус уменьшится до rg (до радиуса сферы Шварцшильда). Основное свойство сферы Шварцшильда состоит в том, что никакие сигналы, испускаемые с поверхности звезды, достигшей этой сферы, не могут выйти наружу. Таким образом, в результате гравитационного сжатия массивных звёзд появляется область пространства-времени, из которой не может выйти никакая информация о физических процессах, происходящих внутри неё.

Временные туннели?

Известны трудности, связанные с межзвездными перелетами. В ряде теоретических работ показана возможность существования туннелей, соединяющих любые отдаленные области Метагалактики или раз¬личные мини-вселенные в Большой Вселенной. Система из двух тунне¬лей, обеспечивающая движение вещества и излучения в любом направлении, для внешнего наблюдателя будет весьма сходной с двойной системой, состоящей из черной и белой дыры.Через аналог черной дыры возможен проход из одной части нашей Вселенной в другую ее часть или в другую вселенную. Через аналог белой дыры возможен доступ к нам. Идея применения топологических туннелей использована в романе известного американского астрофизика К. Сагана «Контакт».

Эргосфера

Как показывают расчёты, у вращающейся чёрной дыры вне её поверхности должна существовать область, ограниченная поверхностью статического предела, то есть эргосфера. Сила притяжения со стороны чёрной дыры, действующая на неподвижное тело, помещенное в эргосферу, обращается в бесконечность. Однако эта сила конечна. Любые частицы, оказавшиеся в эргосфере, будут вращаться вокруг чёрной дыры. Наличие эргосферы может привести к потере энергии вращающейся чёрной дыры. Это возможно, в частности, в том случае, если некоторое тело, влетев в эргосферу, распадается (например, в результате взрыва) около поверхности чёрной дыры, на две части, причём одна из них продолжает падение на чёрную дыру, а вторая вылетает из эргосферы. Параметры взрыва могут быть такими, что энергия вылетевшей из эргосферы части больше энергии былого тела. Дополнительная энергия при этом черпается из энергии вращения чёрной дыры. С уменьшением момента её вращения поверхность статического предела сливается с поверхностью чёрной дыры и эргосфера исчезает. Быстрое вращение коллапсирующего тела препятствует образованию чёрной дыры вследствие действия сил вращения. Поэтому чёрная дыра не может иметь момент вращения больший некоторого экстремального значения.

Метаморфозы чёрных дыр

Как показывают квантово механические расчёты, в сильном гравитационном поле чёрных дыр могут рождаться частицы - фотоны, нейтрино, гравитоны, электрон-позитронные пары и др.; в результате она излучает как чёрное тело с эффективной температурой даже тогда, когда никакое вещество на неё не падает. Энергия этого излучения черпается из энергии гравитационного поля чёрной дыры, что со временем приводит к уменьшению её массы. Однако из-за низкой эффективности процессы квантового излучения несущественны для массивных чёрных дыр, возникающих в результате коллапса звёзд. На ранних (горячих и сверхплотных) этапах развития Вселенной в ней из-за неоднородного распределения вещества могли образоваться чёрные дыры с различной массой - от 10¾5 г до массы Солнца и больше. В отличие от чёрных дыр - сколлапсировавших звёзд, эти чёрные дыры получили название первичных.

Процессы квантового излучения уменьшают массу чёрной дыры, и к настоящему времени все первичные чёрные дыры с массой меньше 1015 г должны были "испариться". Интенсивность и эффективная температура излучения чёрной дыры увеличиваются с уменьшением её массы, поэтому на последней стадии (для массы порядка 3.109 г) "испарение" чёрной дыры представляет собой взрыв с выделением 1030 эрг за 0,1 сек. Первичные чёрные дыры, массой большей, чем 1015 г остались практически неизменными. Обнаружение первичных чёрных дыр по их излучению позволило бы сделать важные выводы о физических процессах, протекавших на ранних стадиях эволюции Вселенной.

Поиски чёрных дыр во Вселенной представляют собой одну из актуальных задач современной астрономии. Предполагается, что чёрные дыры могут быть невидимыми компонентами некоторых 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. Другой нахождения чёрной дыры в двойных системах основывается на изучении свечения вещества, которое перетекает к ней с соседней (обычной) звезды. Вблизи чёрной дыры из перетекающего вещества образуется диск, его слои движутся вокруг чёрной дыры с различными скоростями.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 (Излучение черных дыр не может покинуть черные дыры — оно “заперто” гравитацией). Аналогичное излучение будет рождаться и в том случае, если на месте чёрной дыры в двойной системе будет находиться нейтронная звезда, но последняя не может иметь массу больше некоторого предельного значения. В результате космических исследований открыто большое число источников рентгеновского излучения в двойных звёздных системах. Черные дыры можно обнаружить лишь по косвенным данным.