Черные дыры

Черная дыра – космический объект, возникающий в результате сжатия тела гравитационными силами до размеров меньших его гравитационного радиуса , где М – масса тела,G – гравитационная постоянная, с – скорость света.

Предсказание о существовании черных дыр сделано на основе общей теории относительности (ОТО). Согласно ОТО вещество тела, достигшего r_Г, должно неудержимо сжиматься к центру (испытывать релятивистский гравитационный коллапс). Один из возможных путей образования черной дыры указывает теория эволюции звезд. Черной дырой может стать звезда, в недрах которой угасли термоядерные источники энергии. В таких звездах (с массой М > М_{критич.} = (1,5 3)·М_Солнца) силы внутреннего давления уже не могут противостоять силам гравитации. Звезда начинает сжиматься. Если её радиус достигнет r_Г, то никакие сигналы (свет, частицы), испускаемые ею, не могут выйти наружу и достигнуть внешнего наблюдателя. Сохраняющиеся у черной дыры внешние проявления связаны с существованием у неё гравитационного и электрического полей (для заряженной сколлапсированной звезды).

Кроме черных дыр, возникающих в процессе эволюции звезд, теория рассматривает черные дыры, образовавшиеся на ранних (горячих и сверхплотных) стадиях развития Вселенной. Это первичные черные дыры.

Поиски черных дыр – важнейшая проблема современной астрономии. Наиболее вероятное их обнаружение в двойных звездных системах: «черная дыра – красный гигант». При этом вещество звезды – гиганта перетекает к черной дыре (аккреция), что приводит к разогреву вещества (до десятков миллионов градусов) и появлению рентгеновского теплового излучения, которое может быть зарегистрировано на Земле.

Предполагается также, что в активных ядрах галактик и в квазарах (см. стр.44) могут находится сверхмассивные черные дыры (М ~ (10⁶ 10⁸)·М_Солнца). Наблюдаемая активность этих объектов возможно обусловлена аккрецией на черную дыру окружающего газа.

Белые карлики

Белые карлики – компактные звезды с массами порядка массы Солнца и радиусами R0,01R_Солнца. Равновесие их поддерживается при средней плотности вещества ~ 10² – 10⁴ кг/м³ давлением электронного вырожденного газа. Для физики белые карлики интересны, прежде всего, как объекты применения теории сверхплотной плазмы.

Белыми карликами становятся звезды в конце своей эволюции (после исчерпания запасов термоядерного горючего) после сброса внешних слоев. Обнажившееся ядро имеет очень высокую температуру поверхности (5·10³ 7·10⁴)К. Постепенно остывая, оно переходит в белый карлик, основной источник светимости которого – запасенная в звезде энергия теплового движения ионов.

Белые карлики существуют благодаря устойчивому равновесию сил гравитации и внутреннего давления вырожденного электронного газа.

Нейтронные звезды

Нейтронные звезды – гидростатически равновесные звезды, состоящие из нейтронов с малой примесью электронов, сверхтяжелых атомных ядер и протонов, с плотностью вещества порядка плотности атомных ядер. Их возникновение связано с нейтронизацией вещества в условиях высокой плотности ~ 10¹¹ кг/м³. Гидростатическое равновесие в нейтронных звездах обеспечивается давлением вырожденного нейтронного газа или упругостью нейтронного кристалла и жидкости. Они были открыты в 1967 году в виде пульсаров. Нейтронные звезды могут проявлять себя еще как открытые в 1975 году барстеры – импульсные источники гамма- и рентгеновского излучений.

Согласно теории эволюции звезд, нейтронные звезды рождаются в результате гравитационного коллапса звезд массой М1,2М_Солнца, в результате которого возникает горячая нейтронная звезда с температурой в центре ~ 10¹¹К, которая за время (10 100)с охлаждается до 10⁹К за счет излучения нейтрино.