Наднові зорі. Чорні дірки.
На кінцевій стадії еволюції, після того як зоря вичерпає свої джерела енергії, вона починає охолоджуватись і стискатись. При цьому тиск газу сильно зростає. Якщо маса зорі невелика, то сили гравітації порівняно слабкі і стиск зорі (гравітаційний колапс) припиняється. Вона переходить у стійкий стан білого карлика. Але якщо маса перевищує деяке критичне значення, стиснення продовжується. При дуже високій густині електрони, з'єднуючись з протонами, утворюють нейтрони. Майже уся зоря складається з нейтронів, які настільки щільно притиснуті один до одного, що величезна зоряна маса зосереджується в дуже невеликій кулі радіусом кілька кілометрів і стиск припиняється. Густина такої кулі – нейтронної зорі – величезна навіть порівняно з густиною білих карликів, (перевищує 10 млн.т/см3).
Існування нейтронних зір передбачив ще в 1932 р. радянський фізик Л. Ландау (1908–1968), а 1934 року – В. Бааде і Ф. Цвиккі припустили, що ці зорі є залишками вибухів наднових. Після того, як виявили зв'язок пульсарів із залишками спалахів наднових зір, була висунута гіпотеза, що пульсари і нейтронні зорі – це одні й ті самі об'єкти.
Яким чином пульсари випромінюють електромагнітні хвилі? За законом збереження моменту кількості руху, із зменшенням радіуса зорі зростає швидкість її обертання. Тому період обертання нейтронної зорі зменшується до сотих секунди (характерний період змінності пульсарів). Якщо магнітна вісь зорі не збігається з віссю обертання, то пучки випромінювання будуть обертатися з періодом, рівним періоду обертання зорі. Отже, «пульсари» — не зовсім точна назва: вони не пульсують, а обертаються.
З охолодженням і перетворення на холодну нейтронну зорю на її поверхні утворюється надзвичайно тверда і міцна кора завтовшки близько 1 км. Вона має кристалічну структуру, складену переважно з ядер заліза, і в мільйон мільярдів разів міцніша за сталь.
Чорні діри
Якщо маса зорі буде настільки велика, що навіть утворення нейтронної зорі не зупинить гравітаційного колапсу, зоря стискається настільки, що навіть електромагнітні хвилі не здатні покинути таке тіло і воно стає невидимим для спостерігача, перетворившись на чорну діру. Сила тяжіння на поверхні чорної діри така велика, що навіть швидкості світла недостатньо, щоб його подолати.
Радіус, до якого повинна стиснутись зоря для того, щоб перетворитися на чорну діру, називається гравітаційним радіусом.
Для визначення гравітаційного радіуса прирівняємо кінетичну енергію тіла Ек з масою m, кинутого вгору з початковою швидкістю υ, до його потенціальної енергії
Для Сонця гравітаційний радіус дорівнює 2,95км, для Землі – 0,886см.
Сфера, яка описується гравітаційним радіусом називається сферою Шварцшильда.
Поблизу чорних дір спостерігаються незвичайні фізичні процеси. Величезна сила тяжіння змінює геометрію простору і часу. Простір викривлюється і прямі лінії перестають бути прямими (неевклідова геометрія). Це виявляється у викривленні світлових променів, які проходять повз чорну діру. Промені закручуються вздовж спіралі, й світло наче засмоктується у гравітаційне провалля, з якого немає виходу. Окрім зміни траєкторії руху тіл та світлових променів, змінюється ритм часу. Час уповільнює свою течію біля чорної діри, а на її межі він зупиняється взагалі.
Як побачити об'єкт, який нічого не випромінює, а тільки поглинає? Вчені називають кілька способів виявлення чорних дір. По перше, чорна діра своїм гравітаційним полем суттєво змінює траєкторії близьких зір. Зафіксовані незрозумілі на перший погляд відхилення в русі видимих об'єктів астрономи пояснюють існування «невидимої» чорної діри. По–друге, чорні діри, наче пилососи, вбирають речовину. Речовина видимої зорі може перетікати на чорну діру, утворюючи так званий акреційний диск. Під дією сильної гравітації газ починає обертатись навколо чорної діри і поступово провалюється в неї. Газ перед падінням генерує потужне рентгенівське випромінювання, яке можна зареєструвати в космічних обсерваторіях. Таким джерелом рентгенівського випромінювання є об'єкт в сузір'ї Лебедя (ЛебідьХ–1). Це, імовірно, чорна діра розміром близько 30км і масою 10М0 .