Реферат: Чёрные дыры

Содержание

TOC o «1-3» Введение… PAGEREF_Toc14963159 h 2

Внешнее строение черной дыры… PAGEREF_Toc14963160 h 2

Временные туннели?… PAGEREF_Toc14963161 h 3

Эргосфера… PAGEREF_Toc14963162 h 3

Метаморфозы чёрных дыр… PAGEREF_Toc14963163 h 4

Найдена ли уже чёрная дыра?… PAGEREF_Toc14963164 h 6

Может XTE J1118+480 и есть та самая чёрная дыра?… PAGEREF_Toc14963165 h 7

Гипотеза Лапласа… PAGEREF_Toc14963166 h 9

Работы Хоукинга… PAGEREF_Toc14963167 h 9

Заключение… PAGEREF_Toc14963168 h 10

Использованная литература:… PAGEREF_Toc14963169 h 11

Введение

Черные дыры – объекты вселенной, которые привлекают интерес многих учёных-астрономов. Чёрные дыры, космические объекты,существование которых предсказывает общая теория относительности. Образуютсяпри неограниченном гравитационном коллапсе массивных космических тел (вчастности, звезд с массами 40-60 MQ

).Коллапс гравитационный - катастрофически быстрое сжатие звездыпод действием сил тяготения (гравитации).Внешнее строение черной дыры

Чернаядыра обладает внешним гравитационным полем, свойства которого определяютсямассой, моментом вращения и, возможно, электрическим зарядом, есликоллапсирующая звезда была электрически заряжена. На больших расстояниях полечёрной дыры практически не отличается от полей тяготения обычных звёзд, идвижение других тел, взаимодействующих с чёрной дырой на большом расстоянии,подчиняется законам механики Ньютона. Гравитационное поле настолько сильно, чтоабсолютно не может испускать свет, поэтому они кажутся чёрными.

Катастрофическаягравитация сжатием (коллапсом) может заканчиваться, в частности, эволюциязвёзд, масса которых к моменту сжатия превышает критическую величину. Значениекритической массы точно не определено и в зависимости от принятого уравнениясостояния вещества меняется от 1,5MQ

до 3MQ(где MQ-масса Солнца).

Еслипосле потери устойчивости в звезде не происходит освобождения энергии,достаточной для остановки сжатия или для взрыва, при котором оставшаяся послевзрыва масса стала бы меньше критической, то центральные части звездыколлапсируют и за короткое время достигают гравитационного радиуса rg.Никакие силы не могут воспрепятствовать дальнейшему сжатию звезды, если еёрадиус уменьшится до rg (до радиуса сферыШварцшильда). Основное свойство сферы Шварцшильда состоит в том, что никакиесигналы, испускаемые с поверхности звезды, достигшей этой сферы, не могутвыйти наружу. Таким образом, в результатегравитационного сжатия массивных звёзд появляется областьпространства-времени, из которой не может выйти никакая информация о физическихпроцессах, происходящих внутри неё.

Временные туннели?

Известнытрудности, связанные с межзвездными перелетами. В ряде теоретических работпоказана возможность существования туннелей, соединяющих любые отдаленныеобласти Метагалактики или различные мини-вселенные в Большой Вселенной.Система из двух туннелей, обеспечивающая движение вещества и излучения в любомнаправлении, для внешнего наблюдателя будет весьма сходнойс двойной системой, состоящей из черной и белой дыры.

Черезаналог черной дыры возможен проход из одной части нашей Вселенной в другую еечасть или в другую вселенную. Через аналог белой дыры возможен доступ к нам.Идея применения топологических туннелей использована в романе известногоамериканского астрофизика К. Сагана «Контакт».

Эргосфера

Какпоказывают расчёты, у вращающейся чёрной дыры вне её поверхности должнасуществовать область, ограниченная поверхностью статического предела, то естьэргосфера. Сила притяжения со стороны чёрной дыры, действующая на неподвижноетело, помещенное в эргосферу, обращается в бесконечность. Однако эта силаконечна. Любые частицы, оказавшиеся в эргосфере, будут вращаться вокруг чёрнойдыры. Наличие эргосферы может привести к потере энергии вращающейся чёрнойдыры. Это возможно, в частности, в том случае, если некоторое тело, влетев вэргосферу, распадается (например, в результате взрыва) около поверхности чёрнойдыры, на две части, причём одна из них продолжает падение на чёрную дыру, авторая вылетает из эргосферы. Параметры взрыва могут быть такими, что энергиявылетевшей из эргосферы части больше энергии былого тела. Дополнительнаяэнергия при этом черпается из энергии вращения чёрной дыры. С уменьшениеммомента её вращения поверхность статического предела сливается с поверхностьючёрной дыры и эргосфера исчезает. Быстрое вращение коллапсирующего телапрепятствует образованию чёрной дыры вследствие действия сил вращения. Поэтому чёрная дыра не может иметьмомент вращения больший некоторого экстремального значения.

Метаморфозы чёрных дыр

Как показывают квантово механические расчёты, в сильномгравитационном поле чёрных дыр могут рождаться частицы — фотоны, нейтрино,гравитоны, электрон-позитронные пары и др.; в результате она излучает какчёрное тело с эффективной температурой даже тогда, когда никакоевещество на неё не падает. Энергия этого излучения черпается из энергии гравитационногополя чёрной дыры, что со временем приводит к уменьшению её массы. Однако из-занизкой эффективности процессы квантового излучения несущественны для массивныхчёрных дыр, возникающих в результате коллапса звёзд. На ранних (горячих исверхплотных) этапах развития Вселенной в ней из-за неоднородного распределениявещества могли образоваться чёрные дыры с различной массой — от 10¾5г до массы Солнца и больше. В отличиеот чёрных дыр — сколлапсировавших звёзд, эти чёрные дыры получили название первичных.

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

Поискичёрных дыр во Вселенной представляют собой одну из актуальных задач современнойастрономии. Предполагается, что чёрные дыры могут быть невидимыми компонентаминекоторых двойных звёздных систем. Однако этот вывод не достоверен, т.к. однаиз звёзд двойной системы, будучи нормальной звездой, может оказаться невидимойна фоне более сильного свечения второй компоненты. Другой нахождения чёрнойдыры в двойных системах основывается на изучении свечения вещества, котороеперетекает к ней с соседней (обычной) звезды. Вблизи чёрной дыры изперетекающего вещества образуется диск, его слои движутся вокруг чёрной дыры сразличными скоростями.

<img src="/cache/referats/13481/image002.gif" v:shapes="_x0000_s1033">
Из-затрения между соседними слоями вещество в диске нагревается до десятковмиллионов градусов, и внутренние области диска излучают энергию в рентгеновскомдиапазоне электромагнитного спектра (Излучение черных дыр не может покинутьчерные дыры — оно “заперто” гравитацией). Аналогичное излучение будетрождаться и в том случае, если на месте чёрной дыры в двойной системе будетнаходиться нейтронная звезда, но последняя не может иметь массу большенекоторого предельного значения. В результате космических исследований открытобольшое число источников рентгеновского излучения в двойных звёздных системах. Черные дыры можно обнаружить лишь по косвенным данным.

Найдена ли уже чёрная дыра?

Ученые твердо верят в то, что черные дыры действительно существуют.Общая теория относительности Альберта Эйнштейна предсказывала возможностьсуществования подобных объектов еще в 1917 году, а за последние десятилетияастрономы обнаружили множество свидетельств их присутствия во многих областяхкосмического пространства.

Известно более 5 объектов, в состав которых, вероятно, входятчерные дыры. Тем не менее, есть только косвенные подтверждения, но нетнеопровержимых доказательств. Наиболее вероятным кандидатом в чёрные дырыявляется рентгеновский источник Лебедь Х-1, обнаруженный в начале 1970-х годовв Х-бирнарных системах. Масса источника в этой системе, которую можно оценитьиз наблюдаемой скорости движения оптической звезды по орбите и законов Кеплера,превышает предельное значение массы для нейтронной звезды.

Рентгеновское изображение галактик“Антенны”, полученное “Чандрой”.
© NASA/SAO/CXC/G. Fabbiano etal.

Рентгеновскаяобсерватория “Чандра” обнаружила в нескольких галактиках с высоким темпомзвездообразования места расположения возможных черных дыр со средней массой.

Может XTE J1118+480 и есть та самая чёрная дыра?

Данныеиз Цифрового обзора неба DSS, созданного Институтом Космического телескопа,сыграли важную роль в открытии древней черной дыры, движущейся черезгалактические окрестности Солнца. Эта черная дыра в паре с небольшойзвездой-компаньоном, чье вещество она поглощает, движется по вытянутой орбите,пересекая дальние области Млечного Пути. Ученые предполагают, что черная дыраявляется остатком массивной звезды, завершившей свое существование миллиардылет назад и благодаря гравитационным эффектам выброшенная из родного звездногоскопления.

Исследовавшийсяобъект носит обозначение XTE J1118+480, он был обнаружен при наблюдениях нарентгеновском спутнике “Росси-ХТЕ” 29 марта 2000 года. Позднее оптические ирадионаблюдения позволили определить, что расстояние до него составляет 6000световых лет.

Какизвестно, большинство звезд Млечного Пути находятся в тонком галактическомдиске. Однако некоторая часть звезд содержится в шаровых скоплениях, состоящихиз сотен тысяч старых звезд и движущихся по орбитам, выходящим за пределыгалактической плоскости. Орбита XTE J1118+480 похожа на орбиты шаровыхскоплений, а скорость, с которой происходит движение, составляет 145 км/сотносительно Солнца.

Звезда,ставшая родителем черной дыры в XTE J1118+480, возможно, сформировалась вшаровом скоплении еще до того, как появился диск Галактики. На большой возрастчерной дыры указывает и то, что звезда-компаньон, вещество которой дырапоглощает, потеряла почти всю свою массу, которая теперь составляет не болеетрети массы Солнца. Ученые полагают, что захват звезды-компаньона произошел ещедо выброса черной дыры из скопления.

Относительнаяблизость к Солнцу позволила астрономам при помощи сети радиотелескопов VLBAопределить параметры движения черной дыры. Наблюдения на VLBA проводились в маеи июле 2001 года, при этом в полную силу использовалась высочайшая разрешающаяспособность сети для обнаружения смещения объекта относительно более удаленныхнебесных тел.

Хотя несколько “среднемассивных” черных дырбыло обнаружено ранее, теперь появилась возможность наблюдать большоеколичество подобных объектов и выяснить их связь с формированием звезд иобразованием гораздо более массивных черных дыр. На конференции Американскогоастрономического общества три независимых группы сообщили о десяткахрентгеновских источников, обнаруженных в галактиках с высоким темпомзвездообразования. Эти источники имеют точечный вид и в десятки тысяч раз ярчеподобных источников, открытых в нашей Галактике и галактике М81.

Гипотеза Лапласа

Первымчеловеком, предположившим существование чёрных дыр, был Симон-Пьер де Лаплас,который, изучая теорию тяготения, выдвинул гипотезу о существовании объектов,движущихся со скоростью, превышающей скорость света. Учёный предполагал, чтосуществует тело, скорость которого настолько высока (около 300 000 км/с), чтосвет не может излучаться с его поверхности.

Работы Хоукинга

Стивен Хоукинг, несмотря на своютрудную жизнь, омрачённую лишением дара речь и полную неподвижность, написалмного трудов, в том числе связанных с попытками объяснить физические основы теории Большого взрыва,распознаванием чёрных дыр и значительной деформацией пространства и временивнутри них.

Одиниз самых интересных фактов, выдвинутых Хоукингом, был о том, что чёрные дыры неполностью «чёрные», а могут выбрасывать излучение благодаря квантовымэффектам до собственного исчезновения или взрыва.

Заключение

Много интересного можно узнать очёрных дырах, занимаясь их изучением вплотную. В безднах Вселенной так многовсего нового и неизвестного, что будетизучаться, я думаю, ещё долгое время.

Есть уверенность, что сусовершенствованием техники мы сможем когда-нибудь узнать, опровергнуть илидоказать сегодняшние предположения и гипотезы, которые люди высказывали сотнилет назад.

Правильно сказал Дж. Друно:«Умственная сила никогда не успокоится, никогда не остановитсяна познанной истине, но все время будет идти вперед и дальше, к непознаннойистине».

Использованнаялитература:

1.

Зубков Б.В., Чумаков С.В. «Энциклопедия юного техника»«Педпгогика»; М., 1988.

2.

Аза Бриггс, Ангус Холл «Когда? т Где? Как? и почемуэто произошло?»1993;

3.

Рандзини Дж. Справочник «Космос». – М., «Росмен»2000.

еще рефераты

Еще работы по астрономии

Реферат по астрономии

Теории и гипотезы о Луне

29 Августа 2013