Медицинская консультация

Последний номер журнала

Когда умирают звезды

Когда умирают звезды

Чем таинственней загадка и глубже проблема, тем она интереснее. «Самое прекрасное и глубокое переживание, выпадающее на долю человека, — это ощущение таинственности», - писал Альберт Энштейн. А у Вселенной и, в частности, у так называемых черных дыр, вряд ли найдутся конкуренты по части загадочности…

 Концепция «дыры»

В XVIII веке английский астроном Джон Митчелл высказал предположение о существовании во Вселенной столь массивных объектов, что лучи света не в состоянии покинуть их поверхность. Используя законы Ньютона, он показал, что тело с массой Солнца и радиусом около трех километров может обладать силой притяжения, которая удерживает даже частицы света. В результате такое тело кажется абсолютно черным. 27 ноября 1783 г. Митчелл изложил свою идею на заседании Лондонского Королевского общества. Так возникла концепция «ньютоновской» черной дыры.

В 1796 г. аналогичную гипотезу обосновал французский математик и астроном Пьер Симон Лаплас в своей книге «Система мира». Несложный расчет позволил ему утверждать следующее: «Светящаяся звезда с диаметром, большим диаметра Солнца в 250 раз, и плотностью, равной плотности Земли, не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения. Поэтому возможно, что яркие небесные тела оказываются невидимыми по этой причине». Но масса такой звезды должна была бы в десятки миллионов раз превосходить массу Солнца. А поскольку дальнейшие астрономические исследования показали, что массы реальных звезд незначительно отличаются от массы Солнца, идеи Митчелла и Лапласа о существовании «черных дыр» предали забвению.

Вспомнили о черных дырах в 1916 г., когда немецкий астроном Карл Шварцшильд впервые получил точное решение уравнений релятивистской теории гравитации — общей теории относительности, созданной Альбертом Эйнштейном. В течение следующих 50 лет усилиями ученых-теоретиков были выяснены многие поразительные свойства решения Шварцшильда, тем не менее как истинный объект исследования черные дыры не рассматривали.

Лишь спустя еще два десятилетия, вслед за созданием квантовой механики и открытием нейтрона, перешли к изучению возможности формирования так называемых компактных объектов (нейтронных звезд и «белых карликов») из эволюционировавших обычных звезд. Выяснилось, что после того, как в недрах звезды исчерпается все термоядерное топливо, ее ядро может сжаться, стать маленьким и очень плотным «белым карликом» или же еще более плотной нейтронной звездой.

По мнению работавших в США Фриц Цвикки и Вальтер Бааде, вспышки «сверхновых» представляют собой особый тип звездных взрывов, вызванных невероятным сжатием ядра звезды. В результате взрыва образуется сверхплотная вырожденная звезда, состоящая из нейтронов. Согласно расчетам, такие объекты действительно могут рождаться и быть устойчивыми. Но если масса звезды в три раза больше, чем масса Солнца, то остановить ее катастрофический коллапс (сжатие и разрушение) невозможно.

В 1939 г. американские физики Хартланд Снайдер и Роберт Оппенгеймер обосновали теорию о том, что ядро массивной звезды должно беспрерывно коллапсировать в предельно малый объект. Если этот объект вращается, то свойства пространства вокруг него описываются решением Шварцшильда. Другими словами, ядро массивной звезды в конце ее жизни стремительно сжимается и уходит под «горизонт событий», превращаясь в черную дыру. Обнаружить в космосе объект, не излучающий электромагнитные волны, невероятно трудно, а потому астрономы не торопились начинать его поиски.

Вещество и излучение, попадающие извне в черную дыру, свободно проникают внутрь. Можно сказать, что черная дыра все поглощает и ничего не выпускает. По этой причине и родился термин «черная дыра», предложенный физиком Джоном Арчибальдом Уилером в 1967 году.

На краю бездны

После превращения в «белый карлик» звезда остывает, практически не уменьшая своих размеров. Давление газа, препятствующее дальнейшему сжатию «белого карлика», обеспечивается квантовыми силами, возникающими между достаточно тесно упакованными электронами плазмы, составляющей звезду. Это давление в условиях звезды не зависит от температуры ее вещества. Поэтому «белый карлик» может полностью остыть и превратиться в «черный карлик», не изменив своего размера.

В процессе этого сжатия может произойти ядерный взрыв, который мы наблюдаем как вспышку. Звезда сбрасывает оболочку и превращается в так называемую нейтронную звезду.

К этому следует добавить, что внутри черной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты. Внутри черной дыры, за краем этой своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы.

Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной. Они возникают также после смерти больших звезд. Возможно, в будущем черные дыры станут новыми источниками энергии для человечества.

 Подобно единорогам и химерам…

Черные дыры — объекты совершенно фантастические по своим свойствам, не похожие ни на что, известное до сих пор. Это не тела в обычном смысле слова и не излучение. Это дыры в пространстве и времени, возникающие из-за очень сильного искривления пространства и изменения характера течения времени в стремительно нарастающем гравитационном поле.

«Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое — это образ черный дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или в мифах древности, чем в реальной Вселенной. И, тем не менее, законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно, только наша Галактика содержит миллионы их», — так характеризовал черные дыры американский физик К. Торн.

Итак, черная дыра — это область пространства, гравитация которой настолько велика, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, не могут покинуть ее. Другими словами, подобно торнадо, она затягивает в себя любые объекты, оказывающиеся у нее на пути. Прежде всего речь идет о планетах.

Американским астрономам посчастливилось наблюдать с помощью сверхмощных телескопов, как черная дыра буквально разорвала звезду, пролетавшую слишком близко от нее. Это произошло в центре галактики RX J1242-1119A. Большая часть вещества звезды была захвачена черной дырой, что вызвало яркую рентгеновскую вспышку. Данное явление было предсказано астрономами более тридцати лет назад, но наблюдалось впервые.

 Активные квазары

Орбитальные спутники НАСА передали ранее недоступную информацию и изображения, позволяющие понять множество странностей в поведении черных дыр.

В частности, зонд, запущенный в 2004 г., стал источником информации, легшей в основу самого последнего открытия — нового способа идентификации черных дыр.

Как мы уже говорили, черные дыры образуются, когда разрушается ядро гигантской звезды или когда существующая черная дыра сталкивается с крошечной, но невероятно плотной нейтронной звездой. Оборудование обсерватории НАСА позволило наблюдать высокоэнергетические гамма-вспышки, сопровождающие образование черной дыры.

Астрономы сравнивают их с первым криком ребенка. О том, как и почему возникла черная дыра, можно судить по длительности вспышек. Образование новой черной дыры сопровождается вспышкой, длящейся более двух секунд.

Сегодня ученые имеют все основания предполагать, что помимо звездных черных дыр есть и другие, имеющие совсем иную историю.

Как выяснилось, квазары — это необычно активные излучающие ядра больших галактик. Часто в них наблюдаются мощные движения газов. Сами звезды галактики вокруг таких ядер обычно не видны из-за огромного расстояния и сравнительно слабого их свечения по сравнению со свечением квазара. Выяснилось также, что ядра многих галактик напоминают своего рода маленькие «квазарчики» и проявляют иногда бурную активность (выброс газа, изменение яркости и др.). Даже в ядрах обычных галактик, включая нашу, наблюдаются процессы, свидетельствующие о том, что и здесь «работает» маленькое подобие квазара.

То, что в центре галактики может возникнуть гигантская черная дыра, теперь кажется естественным. В самом деле, газ, находящийся в галактиках между звездами, постепенно под действием тяготения должен оседать к центру, формируя огромное газовое облако. Сжатие этого облака или его части должно привести к возникновению черной дыры. Кроме того, в центральных частях галактик находятся компактные звездные скопления, содержащие миллионы звезд. Звезды здесь могут разрушаться приливными силами при близких прохождениях около уже возникшей «черной дыры», а газ этих разрушенных звезд, двигаясь около «черной дыры», затем падает в нее.

Надо сказать, что вооружившись имеющейся информацией, американские ученые моделируют крайне пугающие для человечества ситуации. Речь идет о потенциальной возможности «черных дыр» поглотить планеты Солнечной системы, — Юпитер, Солнце, Землю…

 Эволюция Вселенной

То, что Вселенная, в которой мы живем, должна либо расширяться, либо сжиматься, было предсказано замечательным ученым А. Фридманом еще в двадцатых годах прошлого столетия. Работы А. Фридмана были строго математичны и основывались на теории Эйнштейна. По словам специалистов, как и все великое, его открытие в основе своей очень «просто». Опуская теоретические выкладки и практические подсчеты, можно сказать, что вывод Фридмана сводится к следующему: стационарность для Вселенной невозможна.

Другими словами, теоретически была открыта неизбежность глобальной эволюции Вселенной. Сегодня, в начале XXI века, мысль о том, что вся Вселенная должна эволюционировать, уже не кажется человечеству такой пугающей, как еще каких-то полвека назад. Теперь мы знаем, что неизменность звезд, других небесных тел и их систем только кажущаяся. Звезды рождаются, живут и умирают. Продолжительность их жизни часто составляет миллиарды лет. Человек же наблюдает их в течение сроков слишком коротких, чтобы заметить глобальные изменения. Сегодня мы знаем, что источником энергии, излучаемой звездами, являются ядерные реакции, идущие в их недрах. А, как известно, любой источник энергии не вечен. В свою очередь, это означает, что даже без вмешательства странствующих «черных дыр» и Солнце, и звезды имеют свое начало, свою историю и... Ну, а что произойдет дальше, — кто знает?

Статья из журнала "Фармацевт Практик"

Дата публикации: 25 Апреля 2018

Нравится