Реферат Чорні дірі

>Реферат

«>Чорнідіри»


>Зміст

>Вступ

1. Структурачорноїдіри

2.Випромінюваннячорноїдіри

3.Еволюціязірок

>Висновок

Списоквикористовуваноїлітератури


>Вступ

У наш годинуважкознайтилюдину, котра нечула б прочорнідіри. разом із тім,мабуть, неменшважковідшукати того,хтозміг біпояснити, щоцетаке.Втім, дляфахівцівчорнідіри уже перестали бутифантастикою -астрономічніспостереження давно довелиіснування як «>малих»чорнихдір (ізмасою порядкусонячної), котріутворилися врезультатігравітаційногостисненнязірок, то йнадмасивних (до 109 масСонця), котрі породившиколапсцілихзорянихскупчень в центрахбагатьох галактик,включаючи нашу. У годинумікроскопічнічорнідіришукають в потокахкосмічнихпроменівнадвисокихенергій (>міжнародналабораторіяPierreAuger, Аргентина) йнавітьприпускають «>налагодити їхньоговиробництво» на Великомуадронномуколлайдері (>LHC).Протесправжня рольчорнихдір, їхні «>призначення» дляВсесвіту,знаходиться далеко за межамиастрономії тафізикиелементарнихчастинок. При їхньоговивченнідослідникиглибокопросунулися внауковомурозумінніпершсутофілософськихпитань - щоєпростір й годину, чиіснуютьмежіпізнанняПрироди, котразв'язокміжматерією таінформацією.

>Термін «>чорнадіра» бувзапропонований Дж.Уілер в 1967році,однак Першіпророкуванняіснування тілнастількимасивних, щонавітьсвітло неможе їхньогопокинути,датуються XVIIIстоліттям й належати Дж.Мітчеллу й П.Лапласа.Їхрозрахункигрунтувалися натеоріїтяжіння Ньютона йкорпускулярну природусвітла.


1. Структурачорноїдіри

>Вдалині відчорноїдірипростір-часмайжеплоске, й тамсвітловіпроменіпоширюютьсяпрямолінійно. Це -важливий факт.Променісвітла, щопроходятьближче дочорноїдірки,відхиляються на болеезначні гуляй. Колісвітлопоширюється через областьпростору-часу ізбільшоюкривизною, йогосвітовалініястає все болеевикривленою.Можнанавітьнаправитипроміньсвітла точно в такому напряміщодочорноїдіри,щобцей світловиявивсяспійманий накруговуорбітунавколодірки.Ця сферанавколочорноїдіриінодіназивається «Фотонсферою» чи -фотонівокружністю »; вонаутворенасвітлом,оббігалинавколочорноїдіри повсілякихкруговихорбітах. Кожназірка уВсесвітіпосилає хочтрохисвітласаме натакувідстань відчорноїдіри, щоцей світлозахоплюється нафотонних сферу.

>Слідпам'ятати, щоцікруговіорбіти нафотонів сферінадзвичайнонестійкі.Щобзрозумітисенс цоготвердження,уявімособімайжекруговуорбіту землінавколоСонця.Орбіта землістійка.Якщо Землюзлегкаштовхнути, то ми нестанетьсянічогоособливого. Однак колипроміньсвітла хочтрохивідхилиться від свогоідеального кругового шляху нафотонів сфері, товіндужешвидкопіде поспіралі чи усерединучорноїдіри, чи укосмічнийпростір.Саменікчемнеобурення,куди б воно та не було бспрямовано - усередину чиназовні,відводитьсвітло із фотонамисфери.Саме в цьомусенсіговорять пронестійкість всіхкруговихорбіт нафотонів сфері.

>Нарешті, тихпроменісвітла, котрінаціленімайже безпосередньо вчорнудіру, «>всмоктуються» внеї.Такіпроменіназавждийдуть іззовнішнього світучорнадіра їхні буквальнопоглинає.

>Представлений тутсценарійописуєповедінку найпростішого ізможливихтипівчорнихдір. У 1916 р.,всього черезкількамісяців после того, якЕйнштейнопублікував своїрівняннягравітаційного поля,німецький астроном КарлШварцшильдазнайшов їхньоготочнерішення, яку, яквиявилосязгодом,описуєгеометріюпростору-часупоблизуідеальноїчорноїдіри. ЦерішенняШварцшильдаописуєсферичносиметричнучорнудірку, щохарактеризується лишемасою.Породилацючорнудіругіпотетичнавмираючазірка винна необертатися й бутипозбавленою якелектричного заряду, то ймагнітного поля.Речовинатакийвмираючоїзіркипадає порадіусу «вниз» до центрузірки, йкажуть, щовийшла,чорнадірамаєсферичноїсиметрією.Якбичорнадіравиникала приколапсіобертаєтьсязірки, те внеї були бякесь «>привілейоване»напрям, асамедіра мала бвіссюобертання.РішенняШварцшильдавільно відподібнихускладнень.Такашварцшільдовськачорнадірапредставляє собоюнайпростіший із всіхможливихтипівчорноїдіри. Миобмежимосярозглядомлише цого простоговипадку.

>Зрозуміти природушварцшільдовськоїчорноїдіри можна,розглядаючимасивну (але й необертається й немає заряду)вмираючузірку впроцесігравітаційногоколапсу.Нехайхтосьстоїть наповерхнітакоївмираючоїзірки, уякої лише щовичерпалосяядернепаливо.Безпосередньо передпочаткомколапсу нашспостерігачберепотужний прожектор йнаправляє йогопромені врізнібоки. Так якречовиназіркипокирозподілено вдосить великомуобсязіпростору,гравітаційне полібіляповерхнізіркизалишаєтьсядоситьслабким. Томупромінь прожекторапоширюєтьсяпрямолінійно чимайжепрямолінійно. Однак после початкуколапсуречовиназіркистискається вусіменшому йменшомуобсязі. Умірузменшеннярозмірівзіркитяжіння уїїповерхнізростає все понад й понад.Збільшеннякривизнипростору-часупризводить довідхиленнясвітловогопроменя відколишньогопрямолінійного поширення.Спочаткупромені, щовиходять із прожектора подмалимкутом до обрію,відхиляються вниз доповерхнізірки. Алінадалі, вмірурозвиткуколапсу, нашомудослідникові доводитисянаправлятипромені вгору всеближче довертикалі,щоб смердоті моглиназавждипіти відзірки.Врешті-решт, надеякійкритичнійстадіїколапсудослідниквиявить, що уженіякоїпромінь надзмозіпіти відзірки. як бі нашдослідник анінаправлявсвій прожектор, йогопромінь все однезмінюєсвійнапрямок так, щозновупадає вниз, назірку.Тодікажуть, щозіркапройшласвій обрійподій.Ніщо,опинившись за обріємподій, неможевийтиназовні,навітьсвітло.Дослідниквмикаєсвійрадіопередавач йвиявляє, щовіннічого неможепередатизалишилисязовні,оскількирадіохвилі нездатнівирватися заобрійподій. Нашдослідник буквальнозникає іззовнішньоїВсесвіту.

>Термін «обрійподій» -дужевдаланазва длятієїповерхні впросторі-часу, ізякоюніщо неможевибратися. Цесправді «>обрій», заяким усі «>події»пропадають із полязору.Іноді обрійподій, щооточуєчорнудіру,називаютьїїповерхнею.

>ЗнаючирішенняШварцшильда, можнарозрахуватиположення обріюподій, щооточуєчорнудіру.Наприклад, поперечниксфери обріюподійчорноїдіри ізмасою,рівною 10сонячних мас,становитьблизько 60 км. як лишевмираючазірка ізмасою удесятеросонячних масстиснеться допоперечника в $60 км,простір-часнастільки сильноскривилося, щонавколозіркивиникне обрійподій. Урезультатізірказникне.

У момент, коливмираючазіркапіде засвій обрійподій,їїрозмірищедоситьвеликі, але йніякіфізичнісили уже незможутьзупинитиїї подалістиснення. Ізірка вціломупродовжуєстискатися,поки,нарешті, неприпинитьсвоєіснування вточці вцентрічорноїдіри. Уційточцінескінченнотиск,нескінченнащільність йнескінченна кривизнапростору-часу. Це «>місце» впросторі-часуіменуєтьсясингулярності.

>Перш на,чорнудіруоточуєфотонна сфера, щоскладається ізпроменівсвітла, щорухаються понестійкимкруговихорбітах.Всерединіфотонівсферизнаходиться обрійподій -односторонньопропускаєповерхню впросторі-часу, ізякоюніщо неможевирватися.Нарешті, вцентрічорноїдіризнаходитьсясингулярність. Ті, щопровалюєтьсякрізь обрійподій,засмоктується всингулярність, де воно та поддієюнескінченно сильновикривленогопростору-часуприпиняєсвоєіснування.Після того яквмираючазірка переходити своюфотонних сферу й наближається до обріюподій, віднеї внавколишнєВсесвітможевирватися все менше й меншесвітловихпроменів. Умірунаближеннякатастрофічногоколапсумасивноїзірки до йогонеминучогокінця,променямсвітла ізповерхнізіркистає всеважче йважчепітиназавжди відзірки.

Знаближеннямповерхнізірки до обріюподійїїяскравістьубуває ізнеймовірноюшвидкістю. Черезвсього 1 / 1000 із после початкугравітаційногоколапсу конусвиходустаєнастількивузьким, щолише однаквадрильйон (10 ~ 15!)Світлазіркиможевислизнути взовнішнюВсесвіт.Усьогомить йколишняяскравазіркастаємайжезовсімчорної.

>Одночасно ізшвидкимослабленнямяскравостівмираючоїзіркивступає вгру ііншийважливийефект.Тяжіннявикликаєуповільненняперебігу години.Цейефектіменуєтьсягравітаційнимчервонимзміщеннямбосвітло, якувипускається атомами,зануреними угравітаційне полі, «>зміщується» у бік болеедовгиххвиль. Тому входіпосиленнягравітаційного поляпоблизузірки впроцесіїїколапсусвітло, якувипускається атомами наповерхніцієїзірки,відчуває всебільшу йбільшучервонезміщення. Тому дляспостерігаєїї із боці астрономаколлапсуючазіркастаєодночасно йслабкою, йвипромінюючоїсвітло все болеедовгих (более «>червоних»)хвиль.

2.Віпромінюваннячорноїдіри

Чорнадіранароджуєчастинки.Порівняновеликічорнідіримасою вдекількасонячнихмаютьнастількинизькоютемпературою, щоможутьробити лише «>безмасові»частинки -частки, щолетятьзавждизішвидкістюсвітла й немаютьвласноїмасиспокою. До них,відносятьсяфотони,електронні тамюонні нейтрино, їхньогоантичастинки й,нарешті,щегравітон -квантигравітаційниххвиль. Чорнадірамасою,типовою длязірок,народжує особливо багато нейтрино (81%усього потоку) всіхсортів,потімфотонів (17%) йгравітонів (2%) (рис. 8). Тієї факт, щорізнічастинкивипромінюються врізнихкількостях,пояснюєтьсярізницеюїхніхвластивостей. Нейтріновипромінюється понад на, бо їхньоговнутрішнійкутовий момент (>спін)мінімальний (1 / р), агравітонів менше на, так як їхніспінмаксимальний (2).

>Чорнідірималоїмасимаютьвелику температуру. Так, температурачорнихдірмасою,меншою; 1017-1016 р,вище 109-1010 До.Цічорнідірипороджують,крімперерахованихчастинок,електронно-позитронні парі.Зауважимо, щорозміри такихчорнихдірстановлятьусього1011см (в 1000разів меншерозміру атома).

>Щеменшічорнідіримасою <5 • 1014 рздатнівипромінюватимюони й болееважкіелементарнічастинки. Чорнадірамасою 1014 рвипромінює 12%важкихчастинок йантичастинок, 28%електронів йпозитронів,. 48% нейтрино всіхсортів, 11%фотонів й 1%гравітонів (>розмірцихчорнихдір менше атомного ядра).

>Особливуважливістьквантовіпроцесинабувають дляпервиннихчорнихдірок.Якщо на початкурозширенняВсесвіту, колиречовина бувщільним,утворилисячорнідіримасою,меншою1015г, то усі смердотіповинні донашого годинивипаруватися. Зцієї заподій процес,відкритийХоукінг,маєдужеважливезначення длякосмології.Процесвипаровуванняпервиннихчорнихдірок Веде довипромінюваннявисокочастотнихфотонів -гамма-випромінювання. Так,чорнідіримасоюблизько 1015 рповиннівипромінюватикванти ізенергієюблизько 100 Ме.

>Спостереження такихквантів, щоприходять із космосу, впринципі могло бдопомогтивиявленнюпервиннихчорнихдірок.Поки ж смердоті невиявлені, й можна лишесказати, щокількістьчорнихдірмасоюблизько 1015 р уВсесвітімає бути не більше, ніж десятьтисяч накоженкубічний парсек.Якщо б їхні було б понад, тозагальнакількістьгамма-квантів, ізенергієюблизько 100 Ме було б б понадспостережуваного тепер потокугамма-квантів із космосу.


3.Еволюціязірок

>Зорянірешткиможуть бутитрьохрізновидів:цебілі карлики,нейтроннізірки йчорнідіри.

Природабілихкарликів як «>мертвих»зірок сталадосить зрозуміла послепіонерської роботи З.Чандрасекара на початку 1930-х років. Татермоядерна «>піч», Якапідтримує структурузвичайнихзірок, неможе бути причиноюстійкостізовнішніхшарів убілихкарликів просто бо у яких ужевичерпано всепальне. Длярозуміння того, що жпідтримує структурубілого карлика,розглянеморечовину всерцевиніколапсуючої,вмираючоїзірки. Умірустисненнязіркитиску йщільностістаютьтаківеликі, що усіатомиповністю «>роздавлюються». Урезультатівиходить моревільнихелектронів, уякому як бі «>плавають» ядра.Електронимаютьспіном, чивласним «>обертанням»,внаслідок чого їхніповедінкапідкоряєтьсяважливого законуприроди, щозветься уфізиці принципомзаборониПаулі.Згідно ізцим, дваелектрониодночасно неможутьзайматиодне й ті жмісце,якщо їхнішвидкості йспіниоднакові. Умірустисненнявмираючоїзіркиелектронипіддаютьсятиску дотакоїміри, щоврешті-рештвиявляютьсязаповненими усівакансіїможливогорозташування йшвидкостейелектронів. як лишецесталося,електронипочинають із великою силоюдіяти одного одного,чинячиопірподальшомустисненнювмираючоїзірки. Таким чином,виникаєтисквиродженихелектронів, щозапобігаєнеобмеженустиск (>колапс)білого карлика.

>Білі карликивідомі астрономам ужепротягомбагатьох років.Цізіркинастількизвичайні, що донедавніхпір усівважали їхнікінцевим станом всіхвмираючихзірок.

>Виконавшидетальнірозрахункиструктурибілихкарликів,Чандрасекараприйшов доцікавоговідкриття: длямасибілого карликаіснуєсувораверхня межа.Тисквиродженихелектронівздатне підгримуватиречовинамертвоїзіркилише до тоговипадку,якщоїїмаса неперевищуєприблизно 1,25масиСонця.Якщо жмасавмираючоїзіркиістотно понад 1,25сонячної, тонавітьпотужних силміжвиродженимиелектронаминедостатньо у тому,щобпротистоятинищівноготискугорішніхшарівзірки.Цейкритичний межамаси -близько 1,25масиСонця-називаєтьсямежеюЧандрасекара.

Так якбілі карлики вельмизвичайні й так і не було бвідомоіншихтипів «>мертвих»зірок, тоастрономивважали, що усівмираючізіркипримудряються так чиінакшескинутидостатнюкількістьречовини,щоб їхнімасиопинилися вмежахмасиЧандрасекара й далинейтрони. Колі,нарешті, всязіркамайжецілкомперетвориться нанейтрони,зновупочневідігравативажливу роль принципзаборониПаулі.Силиміж нейтронамивикличутьпоявутискувиродженихнейтронів. Ценове,ще болеемогутнєтискздатнийзупинитистиск й Веде допоявизоряноготіла нового типу -нейтронноїзірки.

>Ще черезп'ять років, в 1939 р.,Ю.Р. Опенгеймер й Р. Волковопублікуваливеликіобчислення, щодоводятьплідністьцихміркувань. Алі так якніхтоніколи неспостерігавнейтроннихзірок,ціпророчі ідеї незнайшлипідходящої грунту. Посуті справастрономи просто більше не знали, де й якїмшукатинейтроннізірки.

У 1054 р. зв. е..астрономиСтародавнього Китаювідзначилипояву нанебі «>зірки-гості» всузір'їТельця.Яскравістьцієїновоїзірки бувнастільки велика, щоїї можна було ббачити без роботи всонячний день,Потім вонпочаласлабшати йнезабаромзовсім зникла із полязору.

Колісучасніастрономи направили своїтелескопи тихмісце неба, де, задавнімизаписами,з'явилася «>зірка-гостя», смердотівиявиличудовуКрабоподібнатуманність.Крабоподібнатуманністьєпрекрасним прикладомзалишкувибухунаднової, адавньокитайських астрономамнастількипощастило, що смердотіпобачиливмираючузірку, коли вонаскидала свою атмосферу.

>Наприкінці 1968астрономівчекала новарадість: буввиявлений пульсар,якийзнаходиться точнопосерединіКрабоподібноїтуманності.Цей пульсар,відомий якNP 0532, -самийшвидкопульсуючий із всіхпульсарів.Імпульсирадіовипромінюванняприходять віднього по 30разів за секунду. Цевідкриття дало астрономампривід дляпідозр, щовмираючізіркиможуть матірякийсьстосунок до пульсара.Безпосереднірозрахунки показали, щобілі карлики нездатнідаватитридцятьімпульсіврадіошумів в секунду.Прийшла часвоскресити ідеїБааде,Цвіккі, Оппенгеймера й Волкова.

>Усізіркиобертаються й усі смердоті,ймовірно,володіютьмагнітними полями. Узвичайнихумовахобидвацихвластивостідоситьнесуттєві.Наприклад,Сонцеробить один оборотнавколосвоєїосіприблизно замісяць.Йогомагнітне полі доти ждоситьслабке. Усередньому уСонцямагнітне полімаєприблизнотаку жнапруженість, як й у землі. ОднакякщоСонце чиподібнайомузірка станістискатися дорозмірівнейтронноїзірки, тообидвазазначенихвластивостіпридбаютьвиключноважливезначення.Щобзрозуміти заподій цого,уявімособіфігуристку, щоробитьпірует нальоду. Це -прямийнаслідок фундаментального законуфізики,відомого як законзбереження моментукількості руху.Подібним ж чином,якщо великазірка,розміром ізСонце,стискається до малогообсягу, тошвидкістьїїобертаннястрімкозростає. Томуастрономивважають, щонейтроннізіркидужешвидкообертаються,ймовірно,швидше, ніж оборот за секунду.

Колізіркадуже велика,їїмагнітне полірозподілено побагатьоммільйонамквадратнихкілометрівїїповерхні.Напруженістьмагнітного поля була в всіх точкахповерхнідосить невелика. Однак,вмираючи,зірказменшується врозмірах. Темагнітне полі, якуспочатку було брозподілено навеликійплощі,зосереджується надекількох сотняхквадратнихкілометрів. Прискороченніплощі,займаноїмагнітним полем, йогонапруженістьтежстрімкозростає.ЯкбизірканачебтоСонцястиснулася дорозмірівнейтронноїзірки, тонапруженістьїїмагнітного полязбільшилася бприблизно вмільярдразів!

Уастрономів, котріобіймають проблемаминейтроннихзірок,євагоміпідставивважати, щоцізіркишвидкообертаютьсянавколоосі йволодіютьпотужнимимагнітними полями.

Неможеіснуватинейтроннихзірок ізмасою понадприблизно 2,25сонячної!Вище цогокритичноїмежітисквиродженихнейтронів у своючергувиявляєтьсянедостатнім,щобпідтримативмираючузірку.

>Спостереженняподвійнихзіроксвідчать про ті, що уВсесвітііснуютьзірки ізмасами до 40 чи 50сонячних.Розрахункипроцесівеволюціїзірокговорять про ті, щомасивнізіркистаріютьдужешвидко.Припустимо, щовмираючамасивназірка невикине всезайверечовина вкосмічнийпростірспалахнувши якнайновіша, нехай бозалишилася відзірки мертва сутьволодіємасою понад 3сонячних мас.Таказірка неможе статібілим карликом, так якїїмасазначноперевищує міжЧандрасекара.Таказірка неможе статі йпульсаром,боїїмасазанадто велика,щобїї моглавитриматитисквиродженого нейтронного газу. Коливмираєзірка, мертва сутьякоїміститьречовини понад 3сонячних мас простостає менше й менше.Спрямована усерединунищівного сила вагимільярдів тоннречовини неможезустрітигідного опору. Умірустисненнязіркинапруженістьгравітаційного полянавколонеїстає все понад. Уходітриваючогостисненнянаростаєвикривленняпростору-часу.Нарешті, колизіркастиснеться допоперечника укількакілометрів,простір-час «>згорнеться» йзірказникне, інші ж, щозалишиться,називаєтьсячорноюдірою.


>Висновок

Уостанні роктанашіуявлення прочорнідірипомітнозмінилися.Ще недавноціоб'єктивважалисяекзотичними.Теперастрономивпевнені, щоВсесвітряснієчорнимидірами. Зарозрахункамивчених, їхні не менше 400мільйонів. Парадоксально, але й факт:майже половинавсьогосвітла уВсесвітіпороджена самимипохмуримикосмічнимиоб'єктами -чорнимидірами.Вониперетворюютьречовину венергіюсвітлаефективніше, ніжбудь-яказірка.

Однакмеханізмколапсуразюченагадує схемуформуваннячорноїдіри. Колізірка «>вигорає»,їїруїни поддієювласної вагистискаються. Намісцізіркиутворюєтьсянеймовірнощільнийоб'єкт -чорнадіра.Навітьсвітло не винневирватися ізїїнадр. У тієї ж годинулише наїїприкладі можнавивчатипроцеси, котріпередували ВеликогоВибуху й привели донародження новогоВсесвіту. Чорнадіра - їхнього жива модель, щозамінюєкосмологамскладніматематичніформули,якими смердотіописують ВеликийВибух.

>Складнішимстає йуявлення прочорнихдірах.Астрономинавчилисярозрізняти вцихзгустках морокукількарізновидів:

*Мініатюрнічорнідіридіаметромкількакілометрів; смердотіутворюються приколапсізірки, й їхнімасанезначноперевищуємасуСонця;

*Чорнідірисередніхрозмірів; смердотіутворюються призлиттімініатюрнихчорнихдірок, й їхньогомасав10 - 100тисячразівперевищуємасуСонця;

*Надмасивнічорнідіри, смердоті вмільйони, бо й вмільярдиразівважчі заСонце;подібніпрірвирозверзаються вцентрі галактик.

>Будь-якачорнадіраздаєтьсянастількидивнимоб'єктом, щонавітьуявибракує нам, коли минамагаємосяподумкизазирнути вїїнадра,адже вона ані на що не схожа - ані назірки, ані накомети.


Списоквикористовуваноїлітератури

1.Вайнсберг З.Перші трихвилини. М.:Энергоиздат. 1981

2. Кауфман У.Космічнірубежітеоріївідносності. М.:Мір.1981

3.НовіковІ.Д.Чорнідірки уВсесвіті. М.: Знання. 1977

4.НовіковІ.Д.Енергетикачорнихдір. М.: Знання. 1986

5. Знання - сила / / Волков А.Прямуючи вчорнудіру.Б.м. - 2005. - № 4С.19 - 25

6. Наука й життя / До.ЧорнідіриБ.М.


Схожі реферати:

  • Реферат на тему: Надзвичайні ситуації космічного характеру
    >Реферат тема: Надзвичайні ситуації космічного характеру. Зміст   1. Погрози з космосу 2.
  • Реферат на тему: Що таке Вальхалла
    Що таке >Вальхалла? /дослідження супутника Юпітера космічними апаратами/ Близько ми з
  • Реферат на тему: Що таке зірки
    Що таке зірки і як з'являються, із чого складаються, чому утворюються звёздные скупчення, які
  • Реферат на тему: Еволюція Всесвіту
    Історія еволюції всесвіту і найперші хвилини її життя. Теорія "Великого Вибуху", аналіз
  • Реферат на тему: Еволюція Всесвіту
    Модель Фрідмана, два варіанта розвитку Всесвіту. Будова i сучасні космологічні моделі Всесвіту.

Навігація