Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Чёрная дыра (область пространства)

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

«Чёрная дыра» имеет и другие значения...(?)


Предполагаемый вид чёрной дыры перед Большим Магеллановым Облаком. Отношение радиуса Шварцшильда чёрной дыры к расстоянию до наблюдателя равно 1:9. Виден эффект гравитационного линзирования в виде кольца Эйнштейна, при этом возникают два больших и ярких изображения Облака, отличающиеся от оригинала.

Чёрная дыра является гипотетическим объектом, в пределах которого гравитационное поле настолько велико, что не позволяет ничему, даже свету, покинуть этот объект. Не все теории гравитации предсказывают чёрные дыры – они не допускаются в релятивистской теории гравитации Логунова, в модернизированной теории гравитации Лесажа, в теории гравитации элементарных частиц. В общей теории относительности предполагается, что чёрная дыра окружена некоторой условной поверхностью, имеющей название горизонт событий. Под действием силы гравитации материя падает на чёрную дыру, свободно проходя сквозь горизонт событий, однако материя не может выйти наружу из под горизонта. Поскольку дыра должна лишь поглощать свет, практически ничего не излучая, она будет выглядеть как абсолютно чёрное тело. [1] Квантовая механика предсказывает наличие у чёрных дыр температуры и излучения Хокинга.

Так как прямое наблюдение чёрных дыр как следствие их свойств затруднено, они могли бы быть косвенно обнаружены по их взаимодействию со своим окружением. Примером являются невидимые компаньоны в двойных звёздах и области в центрах галактик, вокруг которых обращаются целые группы звёзд. На наличие релятивистских объектов типа чёрной дыры, обладающих малыми собственными размерами и звёздной массой, указывают наблюдения некоторых источников рентгеновского и гамма-излучения. Эти излучения возникают при падении газа, собираемого релятивистским объектом из атмосферы звезды-компаньона в двойной системе. Чем ближе звёзды вращаются друг возле друга, тем больше газа перетекает на релятивистский объект с другой звезды (являющейся обычно звездой главной последовательности), и тем больше излучение.

Содержание

Введение и терминология[править]

В первом приближении для оценки радиуса чёрной дыры можно воспользоваться понятием параболической скорости, как минимальной скорости, необходимой для удаления от источника гравитации на бесконечность. Для Земли параболическая скорость (называемая также вторая космическая скорость) равна 11,2 км/с. Для определения параболической скорости удобно использовать тот факт, что после удаления на бесконечность от массивного объекта с массой M, энергия любого пробного тела с массой m станет равной нулю. Тогда в силу закона сохранения энергии полная энергия пробного тела в гравитационном поле массивного объекта должна быть равна нулю в любой момент времени. Учёт в полной энергии кинетической энергии движения пробного тела и потенциальной гравитационной энергии даёт:

{mv^{2} \over 2}-{GMm \over r}=0,

где v – скорость пробного тела на удалении r от массивного объекта, Gгравитационная постоянная.

Из данного равенства можно найти параболическую скорость через массу M и начальное расстояние r. С другой стороны, зная M и параболическую скорость v, можно вычислить соответствующее начальное расстояние:

r={2GM \over v^{2}}.

Если устремить скорость пробного тела к скорости света, получится радиус гипотетической ньютоновской тёмной звезды, с поверхности которой ни один объект не может улететь на бесконечность. Для чёрных дыр рассматривают радиус горизонта событий, называемый гравитационным радиусом. Для не вращающейся и не заряженной сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда, совпадающему с ньютоновским радиусом:

r_{s}={2GM \over c^{2}}.

Однако здесь надо учесть, что вследствие влияния гравитации на результаты измерений времени и расстояний радиус r_{s} определяется в эффективном искривлённом пространстве-времени, отличающемся от плоского пространства-времени Минковского.

Одним из нерешённых вопросов является вопрос о том, в каком виде в чёрной дыре, если она существует, находится вещество. Если бы Солнце было чёрной дырой, оно имело бы гравитационный радиус порядка 3 км, а плотность вещества настолько большую, что все нуклоны были бы раздавлены и сжаты до состояния сингулярности. Для сингулярности до сих пор неизвестны ни уравнения состояния вещества, ни сама реальность возникновения этого состояния.

Вследствие пропорциональности радиуса чёрной дыры её массе, основные типы чёрных дыр можно характеризовать их размерами или массой. При гравитационном коллапсе одной или нескольких звёзд могла бы образоваться звёздная чёрная дыра. Коллапс центральных частей галактик или пра-галактического газа, с массами от тысяч до миллиардов солнечных масс, может привести к сверхмассивным чёрным дырам. Первичные чёрные дыры предполагаются возможными в ранней Вселенной в момент Большого взрыва в результате флуктуаций гравитационного поля и/или материи. Наконец, говорят ещё о квантовых чёрных дырах, которые могли бы возникнуть в ядерных реакциях достаточно высоких энергий.

Из-за трудности обнаружения отдельных чёрных дыр их ищут по особенностям гравитационного воздействия, особенно в микроквазарах и в активных галактических ядрах. Здесь вещество при падении на чёрную дыру должно приобретать большую скорость и сильно излучать вплоть до рентгеновского диапазона.

История[править]

Чёрная дыра Шварцшильда
Ожидаемое гравитационное линзирование чёрной дырой, искажающее изображение удалённой галактики.

Идея о существовании тела настолько массивного, что его гравитационное поле могло бы удерживать свет, была изложена в 1783 г. геологом Джоном Мичеллом (John Michell) в письме в Королевское общество на имя Кавендиша:

Если радиус сферы той же самой плотности, что и Солнце, превышал бы солнечный радиус в отношении 500 к 1, то каждое падающее из бесконечности тело возле поверхности сферы имело бы скорость, превышающую скорость света; тогда в предположении, что свет притягивается с силой, пропорциональной его инерциальной массе, и излученный с поверхности массивных тел, подобных вышеуказанной сфере, вернётся обратно под действием гравитации от этих тел. [2]

В 1796 г. математик Лаплас описывал ту же саму идею в первом и втором издании его книги Exposition du système du Monde, [http://library.thinkquest.org/25715/discovery/conceiving.htm#darkstars Dark Stars (1783). [3] Рассматриваемые Мичеллом и Лапласом массивные объекты полагались тёмными или чёрными звёздами вследствие своей невидимости, а также стабильными объектами, не подверженными коллапсу. Поскольку в 19 веке считалось, что свет является волной, не обладает массой и на него не действует гравитация, то идея тёмных звёзд почти не принималась во внимание.

Перед созданием общей теории относительности (ОТО) в 1915 г. А. Эйнштейн показал, что тяготение влияет на распространение света. Затем Карл Шварцшильд нашёл решение для гравитационного поля точечной массы и сферической массы, предсказав теоретическую возможность для существования чёрных дыр. [4] Радиус Шварцшильда сейчас известен как радиус горизонта событий не вращающейся чёрной дыры, причём сам Шварцшильд полагал его физически не существующим. Вслед за Шварцшильдом независимую работу с тем же решением для точечной массы написал Иоганн Дросте, студент Г. Лоренца, раскрыв более подробно свойства чёрной дыры.

В 1930 г. астрофизик Субраманьян Чандрасекар вычислил на основе ОТО, что не вращающееся тело с массой 1,44 солнечных масс (предел Чандрасекара), и состоящее из материи с электронным вырождением, должно коллапсировать. Его аргументы были противоположны воззрениям Эддингтона, который думал, что коллапс в каком-то месте остановится. Последнее действительно верно для случая белого карлика, масса которого превышает предел Чандрасекара, так что карлик коллапсирует в нейтронную звезду. В 1939 г. Роберт Оппенгеймер и другие предсказали, что звёзды с массой более 3 солнечных масс (предел Оппенгеймера — Волкова) должны превращаться в чёрную дыру согласно аргументам Чандрасекара. [5]

Оппенгеймер с соавторами использовали шварцшильдовскую систему координат, известную в то время, и приводящую к математической сингулярности при радиусе Шварцшильда, когда некоторые члены в уравнениях обращаются в бесконечность. Это интерпретировалось как замедление времени вблизи радиуса Шварцшильда вплоть до нуля для внешнего наблюдателя, тогда как для падающего наблюдателя время шло неизменно.

Благодаря таким свойствам коллапсирующая звезда иногда называется "застывшая звезда," так как внешний наблюдатель должен всё время видеть поверхность звезды при радиусе не меньшем, чем радиус Шварцшильда. При этом вследствие эффекта красного смещения излучение от звезды должно быстро уменьшаться, становясь всё более длинноволновым и менее ярким. В течение последующих 20 лет лишь немногие физики поддерживали описанную картину коллапса и вывод о замедлении времени.

В 1958 г. Давид Финкелштейн ввёл в рассмотрение координаты Эддингтона-Финкелштейна и проанализировал в них горизонт событий, показав, что через поверхность Шварцшильда причинное воздействие должно быть направлено лишь в одном направлении (внутрь чёрной дыры), а сингулярность, если она есть, должна быть в центре чёрной дыры. [6] Это дополнило результат Оппенгеймера точкой зрения на события падающего наблюдателя. Вплоть до этого времени теоретики рассматривали лишь не вращающиеся чёрные дыры.

Точное решение для метрики вращающейся чёрной дыры нашёл в 1963 г. Рой Керр (Roy Kerr). Вращающаяся сингулярность в этом решении получилась в виде кольца, а не точки. Несколько позже Роджер Пенроуз показал, что сингулярность должна быть в каждой чёрной дыре.

В 1967 г. были открыты пульсары, отождествлённые затем с быстро вращающимися нейтронными звёздами. [7] До этого времени нейтронные звёзды рассматривались лишь как теоретически возможные объекты, так что их открытие привело к всплеску интереса к сверхплотным объектам, возникающим в ходе гравитационного коллапса.

Термином чёрная дыра часто пользовался физик Джон Арчибальд Уилер в своей публичной лекции Наша Вселенная: известное и неизвестное (Our Universe: the Known and Unknown) 29 декабря 1967 года, как альтернативой выражению "полностью гравитационно-сколлапсировавшая звезда" или «коллапсар» (англ. collapsed star). Текст лекции был опубликован в журнале студенческого общества «Phi Beta Kappa», [8] и общества «Sigma Xi». [9] Страница из этой работы воспроизведена в книге. [10] Термин чёрная дыра подсказал Уилеру один из студентов на конференции в 1967 г., но ещё ранее в докладе Анны Ивинг (Anne Ewing) в обзоре Science News Letter от 18 января 1964 г. о собрании Американской Ассоциации содействия науке (AAAS) было следующее:

Согласно общей теории относительности Эйнштейна, при добавлении массы к вырожденной звезде происходит внезапный коллапс и сильное гравитационное поле звезды скрывает её от внешнего мира. Такая звезда становится "чёрной дырой" во Вселенной. [11]

Свойства и особенности[править]

Теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры (англ. No hair theorem) устанавливает, что равновесная чёрная дыра имеет только три независимых физических параметра: массу, электрический заряд и момент импульса. [12] При совпадении этих параметров у нескольких чёрных дыр они считаются неразличимыми.

Указанные величины могут быть измерены внешним наблюдателем с помощью пробных тел – масса чёрной дыры по её гравитационному ускорению, а момент импульса – по гравимагнитному полю и эффекту увлечения инерциальной системы отсчёта в ОТО (соответственно по полю кручения в лоренц-инвариантной теории гравитации). В частности полагают, что заряженная чёрная дыра отталкивает заряды одинакового с ней знака. Хотя фотоны как переносчики электромагнитного взаимодействия не могут покинуть чёрную дыру и электрической силы как будто бы не должно быть, считается верной теорема Гаусса о сохранении общего электрического потока сферы как меры её электрического заряда. Упрощенно чёрная дыра рассматривается подобно классической проводящей сфере с некоторым удельным сопротивлением. [13] Однако предположение о "неуничтожимости" для внешнего наблюдателя электрического заряда вещества, упавшего в чёрную дыру, сталкивается с одной трудностью: произвольное перераспределение зарядов или их траекторий внутри дыры приведёт к изменению внешнего электромагнитного поля, то есть к передаче сигнала или информации наружу в нарушение идеи Финкелштейна.

Когда чёрная дыра поглощает какую-либо материю, её горизонт должен колебаться подобно натянутой мембране с трением, как в диссипативной системе. При этом происходит потеря значительной части начальной информации, связанной с падающей материей, в основном той, которая описывает псевдозаряды элементарных частиц в виде барионного числа, лептонного числа и т.д. Данный эффект получил в литературе название исчезновение информации в чёрной дыре. [14]

Потеря информации в чёрной дыре является загадочной даже классически, поскольку в ОТО функции Лагранжа и Гамильтона в простейшем случае симметричны относительно обращения времени. Наличие горизонта делает чёрную дыру несимметричной при обращении времени: материя может упасть в дыру, но не может её покинуть. Дыра, в которой осуществляются процессы, противоположные процессам в чёрной дыре, называется белой дырой. Энтропийный подход и квантовая механика не предсказывают различий между белой и чёрной дырами для внешнего наблюдателя кроме направления движения материи либо внутрь, либо наружу внутри горизонта.

Теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры делает ряд предположений о природе вселенной и свойствах материи, если же учитываются другие предположения, то получаются и другие заключения. Например, если существуют магнитные монополи, то магнитный заряд должен быть четвёртым параметром для классической чёрной дыры. [15]

Известны следующие условия, когда теорема об «отсутствии волос» у чёрной дыры может быть недействительна:

  1. Размерность пространства более чем четыре.
  2. При наличии неабелевых полей Янга — Миллса.
  3. Для дискретных калибровочных симметрий.
  4. Имеются некоторые действующие скалярные поля (Nonminimal coupling, no-hair theorem and matter cosmologies).
  5. При топологическом скручивании скаляров, как в случае скирмионов.
  6. Справедливы модифицированные теории гравитации, отличающиеся от ОТО.

Указанные исключения ещё не исследованы до конца и быть может, не приведут к новым последствиям. [16] Предполагается, что в нашей почти плоской четырёхмерной Вселенной и для больших чёрных дыр теорема должна выполняться. [17]

Классификация[править]

По физическим свойствам[править]

Простейшая чёрная дыра имеет только массу в отсутствие заряда и момента импульса. Обычно такие дыры называют шварцшильдовскими по имени физика Карла Шварцшильда, нашедшего решение уравнений Эйнштейна в 1915 г. Это было первое точное решение в ОТО, причём согласно теореме Биркхофа оно является единственным вакуумным сферически-симметричным решением (Garrett Birkhoff’s Theorem). Это означает, что по гравитационному полю на больших расстояниях нельзя отличить чёрную дыру от любого другого статичного сферического объекта той же массы. Исключением является поле, быстро нарастающее вблизи горизонта (Black Holes do not suck!)

Более общие решения для чёрных дыр были найдены в 20 веке. Список решений уравнений Эйнштейна для чёрных дыр с соответствующими характеристиками включает в себя следующие решения:

Характеристика ЧД Без вращения Вращается
Без заряда Решение Шварцшильда Решение Керра
Заряженная Решение Райсснера — Нордстрёма Решение Керра — Ньюмена
  • Решение Шварцшильда (1916 год, Карл Шварцшильд) — статичное решение для сферически-симметричной чёрной дыры без вращения и без электрического заряда.
  • Решение Райсснера — Нордстрёма (1916 год, Ханс Райсснер и 1918 год, Гуннар Нордстрём) — статичное решение сферически-симметричной чёрной дыры с зарядом, но без вращения.
  • Решение Керра (1963 год, Рой Керр) — стационарное, осесимметричное решение для вращающейся чёрной дыры, но без заряда.
  • Решение Керра — Ньюмена — наиболее полное на данный момент решение: стационарное и осесимметричное, зависит от всех трёх параметров. [18]

В то время как масса M\, чёрной дыры может иметь любое значение, её заряд Q\, и момент импульса J\, ограничены значением массы согласно неравенству:

~{\frac  {GQ^{2}}{4\pi \varepsilon _{0}c^{2}}}+\left({\frac  {J}{M}}\right)^{2}\leq {\frac  {G^{2}M^{2}}{c^{2}}}.

Чёрные дыры, в которых данное неравенство становится равенством, называются экстремальными. Существуют решения уравнений для метрики, нарушающие данное неравенство, в этих случаях горизонт отсутствует. Подобные решения приводят к так называемой «голой» сингулярности и кажутся не физическими, как считается в пока ещё не доказанном принципе космической цензуры для сингулярности при коллапсе реальной материи. [19] Это поддерживается компьютерными численными расчётами. [20]

Ожидается, что вследствие относительно больших значений электромагнитных сил, возникающие при коллапсе отдельных звёзд чёрные дыры будут почти нейтральны. Вращение присутствует практически во всех компактных объектах, причём рентгеновский источник двойная система GRS 1915+105, содержащая звезду-кандидат в чёрные дыры, имеет максимально допустимый момент импульса. [21]

По массам[править]

Вид Масса Размер
Сверхмассивная чёрная дыра ~105–109 Mc ~0,001–10 а.е.
Среднемассивная чёрная дыра ~103 Mc ~103 км
Звёздная чёрная дыра ~10 Mc ~30 км
Чёрная микродыра до массы Луны до ~0,1 мм

Чёрные дыры удобно классифицировать по их массе, не учитывая их момент импульса J\,. Размер чёрной дыры, измеряемый радиусом горизонта событий, для случая дыры Шварцшильда пропорционален массе M\,:

r_{{sh}}\approx 2,95\,M/M_{c} км,

где M_{c} – масса Солнца.

Можно ввести понятие «средней плотности» чёрной дыры, разделив её массу на объём, заключённый под горизонтом событий:

\rho ={\frac  {3\,c^{6}}{32\pi M^{2}G^{3}}}.

Средняя плотность падает с ростом массы чёрной дыры. Так, если чёрная дыра с массой порядка солнечной обладает плотностью, превышающей ядерную плотность, то сверхмассивная чёрная дыра с массой в 109 солнечных масс (существование таких чёрных дыр подозревается в квазарах) обладает средней плотностью порядка 20 кг/м³, что существенно меньше плотности воды!

В соответствии с таблицей чёрные дыры разделяются на:

  • Сверхмассивные, содержащие от сотен тысяч до миллиардов солнечных масс, и предполагаемые в центрах большинства галактик, включая Млечный Путь. [22] [23] [24] Считается, что эти чёрные дыры ответственны за активные ядра галактик, образовавшись при слиянии малых чёрных дыр и (или) при аккреции (выпадении, присоединении) газа и вещества окружающих звёзд. Оценка массы наибольшей предполагаемой сверхмассивной чёрной дыры в центре квазара OJ 287 даёт 18 миллиардов солнечных масс. [25]
  • Среднемассивные с массами в тысячи солнечных масс. Они предлагаются как возможные источники энергии сверхярких источников рентгеновского излучения. [26]Для этих чёрных дыр нет прямого механизма образования, кроме как через столкновения маломассивных чёрных дыр в звёздных ядрах шаровых скоплений и галактик. Ожидается, что подобные события могут быть зарегистрированы в ближайшем будущем по гравитационным всплескам (смотри проект LIGO). В качестве нижней границы массы принимается масса порядка 200 солнечных масс как предел массы для отдельной звезды.
  • Звёздные, имеющие массы от 1,4–3 солнечных масс (где 1,4 есть предел Чандрасекара и 3 – предел Оппенгеймера — Волкова для максимальных масс нейтронных звёзд) до 15–20 солнечных масс. Они должны образовываться при коллапсе отдельных звёзд и при слиянии двойных нейтронных звёзд. Согласно теории звёздной эволюции, обычные звёзды главной последовательности могут иметь начальные массы до 100 солнечных масс, теряя затем значительную долю массы из своих оболочек в ходе эволюции. Масса теряется в том числе с помощью звёздного ветра на стадиях красного гиганта, асимптотической ветви гигантов и звезды Вольфа — Райе, или разбрасывается во время взрыва сверхновой с образование нейтронной звезды (чёрной дыры). Для последних стадий звёздной эволюции имеются лишь теоретические модели, не дающие предсказаний для максимально возможной массы звёздной чёрной дыры. Что касается маломассивных звёзд, то их эволюция заканчивается образованием белых карликов.

Горизонт событий[править]

Основная статья: Горизонт событий

Характерной чертой чёрной дыры считается появление горизонта событий как границы в пространстве-времени, ниже которой события не могут повлиять на внешнего наблюдателя. Согласно ОТО пространство-время деформируется под горизонтом так, что все возможные пути частиц при положительном направлении времени направлены внутрь (Anatomy of a Black Hole).

Чем ближе наблюдатель находится к чёрной дыре, тем медленнее идут его часы по сравнению с часами удалённого наблюдателя или наблюдателя на бесконечности. [28] Благодаря этому эффекту, известному как гравитационное замедление времени, удалённый наблюдатель будет видеть падающий в чёрную дыру объект движущимся всё более медленно по мере приближения к горизонту событий, так что процесс падения растягивается до бесконечности (GENERAL RELATIVITY IN PRACTICE / BLACK HOLES). При этом все процессы в объекте замедляются, приводя к тому, что излучаемый объектом свет краснеет и тускнеет (гравитационное красное смещение) (Inside a black hole). Из-за ослабления интенсивности излучаемого объектом света возле горизонта событий через какое-то время объект должен становиться невидимым.

Горизонт событий у не вращающейся чёрной дыры имеет сферическую форму с радиусом Шварцшильда, пропорциональным массе чёрной дыры (Black Holes). При наличии вращения чёрной дыры горизонт событий становится несферическим, продолжая свободно пропускать вещество внутрь дыры, но не наружу. Описание чёрной дыры в ОТО является приближением, так что более глубокое описание ожидается в квантовой гравитации (Physical nature of the event horizon). С её помощью явления с материей вблизи горизонта событий могли бы быть использованы для проверки ОТО или других теорий гравитации.

Хотя чёрные дыры сами не должны излучать энергию, частицы и полевые кванты могут излучаться с их поверхности в виде излучения Хокинга (Hawking Radiation).

Сингулярность[править]

В центре чёрной дыры по одному из предположений находится сингулярность, в которой материя имеет бесконечную плотность, гравитационное притяжение и кривизна пространства-времени также бесконечны (The Singularity). В таком случае масса чёрной дыры находится практически в нулевом объёме, (Falling to the Singularity of the Black Hole), причём у вращающейся чёрной дыры этот нулевой объём должен иметь вид бесконечно тонкого кольца, лежащего в плоскости вращения. [29]

Появление сингулярности в ОТО понимается обычно как сигнал о неприменимости теории в данной ситуации. [30] Естественно, что в случае высоких плотностей энергии и сильных взаимодействий частиц необходимо учитывать квантовые свойства материи. Однако до сих пор нет самосогласованной комбинированной теории квантовой гравитации. Предполагается, что в квантовой гравитации возможны чёрные дыры, но без сингулярностей (Black Holes and Quantum Gravity), (Ask an Astrophysicist : Quantum Gravity and Black Holes).

Фотонная сфера[править]

Основная статья: Фотонная сфера

Фотонная сфера определяется как сферическая поверхность нулевой толщины, на которой движущиеся тангенциально (вдоль касательной к сфере) фотоны будут захвачены на круговые орбиты. В ОТО радиус такой сферы для не вращающейся чёрной дыры в 1,5 раза превышает радиус Шварцшильда. Движение по фотонной орбите не устойчиво, малые возмущения увеличиваются со временем, и фотон будет либо удаляться от чёрной дыры, либо двигаться по спирали к горизонту событий. Если траектория фотона пересекает фотонную сферу, он поглощается чёрной дырой. Все фотоны, излучаемые от чёрной дыры из-под фотонной сферы, излучаются областью между горизонтом событий и фотонной сферой.

Фотонные сферы возможны и у таких компактных объектов, как нейтронные звёзды, если эти звёзды могут быть целиком помещены внутрь фотонной сферы чёрной дыры одинаковой с ними массы. [31]

Эргосфера[править]

Основная статья: Эргосфера

Понятие эргосферы как области пространства-времени, в которой невозможно находиться в покое, появляется у вращающихся чёрных дыр. В ОТО это вытекает из эффекта увлечения инерциальных систем отсчёта, а значит и пробных тел в направлении вращения дыры. Для того чтобы тело было в покое относительно удалённого наблюдателя, необходимо придать телу дополнительную скорость в направлении, противоположном вращению дыры. Но вблизи горизонта событий скорость тела должна превышать скорость света для того, чтобы тело покоилось.

Эргосфера чёрной дыры ограничивается:

  • Снаружи сплющенным сфероидом, совпадающим на полюсах с горизонтом событий и становящимся шире на "экваторе". На поверхности эргосферы пространство-время, как это следует из ОТО, должно увлекаться со скоростью света.
  • Внутри горизонтом событий.

Хотя в ОТО не допускается движение объектов быстрее скорости света, внутри эргосферы это считается возможным, но не для объектов, а для увлечения областей пространства-времени.

Объекты и излучение (включая свет) могут быть на стационарных орбитах внутри эргосферы без падения на центр, но не могут быть в покое для внешнего наблюдателя. Они могут также покинуть эргосферу за счёт процесса Пенроуза, для чего объектам необходимо получить энергию вращения от чёрной дыры за счёт их разделения на части.

Образование и эволюция[править]

В рамках ОТО Роджер Пенроуз показал, что если возникает горизонт событий, то должна быть и сингулярность. Несколько позже Стивен Хокинг рассмотрел некоторые космологические решения, описывающие Большой взрыв, и нашёл в них сингулярности в отсутствие скалярных полей и экзотической материи (см. теоремы сингулярности Пенроуза-Хокинга). Решение Керра, теорема об «отсутствии волос» и законы термодинамики чёрных дыр показали относительную простоту свойств чёрных дыр и сделали их удобным предметом для исследований. [32] Основным процессом образования чёрных дыр считается гравитационный коллапс массивных объектов наподобие звёзд. Рассматриваются также некоторые экзотические процессы.

Гравитационный коллапс[править]

Основная статья: Гравитационный коллапс

Начало гравитационного коллапса связано с тем моментом, когда вследствие трансформации вещества внутреннее давление становится неспособным противостоять собственной силе гравитации. В звёздах это возможно при выгорании внутреннего термоядерного топлива с понижением температуры недр, а также при превышении массы у стабильных звёзд выше некоторого предела без роста внутренней температуры.

Коллапс может остановиться от вырожденного давления в веществе звезды, переводя вещество в экзотическое сверхплотное состояние. В результате образуется компактная звезда какого-либо типа, зависящего от массы исходной звезды, от массы оставшегося вещества – в сверхновой или при пульсациях с образованием планетарной туманности, и от других условий (например, от вращательного и магнитного моментов).

При этом возможны следующие конечные состояния:


По мере увеличения массы остатка звезды происходит движение равновесной конфигурации вниз по изложенной последовательности. Вращательный момент увеличивает предельные массы компактных звёзд, но не качественно, а количественно (максимум в 2—3 раза).

Если масса оставшегося вещества превышает ~3-4 солнечные массы (предел Оппенгеймера — Волкова), что может быть следствием большой массы исходной звезды или аккреции вещества на остаток, то предполагается, что даже давление вырожденных нейтронов не сможет остановить коллапс. Тогда ожидаются либо кварковые звёзды, удерживаемые от коллапса давлением кварков, либо чёрные дыры звёздных масс с каким-то пока неизвестным механизмом для остановки коллапса.

Условия (главным образом, масса), при которых конечным состоянием эволюции звезды могла бы быть чёрная дыра, изучены недостаточно хорошо, так как для этого необходимо знать поведение и состояния вещества при чрезвычайно высоких плотностях, недоступных экспериментальному изучению. Дополнительные сложности представляет моделирование звёзд на поздних этапах их эволюции из-за сложности возникающего химического состава и резкого уменьшения характерного времени протекания процессов. Достаточно упомянуть, что одни из крупнейших космических катастроф, вспышки сверхновых, возникают именно на этих этапах эволюции звёзд. Различные модели дают нижнюю оценку массы чёрной дыры, получающейся в результате гравитационного коллапса, от 2,5 до 5,6 масс Солнца. Радиус чёрной дыры при этом очень мал — несколько десятков километров.

Впоследствии чёрная дыра может разрастись за счёт поглощения вещества — как правило, это газ соседней звезды в двойных звёздных системах (столкновение чёрной дыры с любым другим астрономическим объектом очень маловероятно из-за её малого диаметра). Процесс падения газа на любой компактный астрофизический объект, в том числе и на чёрную дыру, называется аккрецией. При этом из-за вращения газа формируется аккреционный диск, в котором вещество разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается и в результате сильно излучает, в том числе и в рентгеновском диапазоне, что даёт принципиальную возможность обнаруживать такие аккреционные диски (и, следовательно, чёрные дыры) при помощи ультрафиолетовых и рентгеновских телескопов. Основной проблемой является малая величина и трудность регистрации отличий аккреционных дисков нейтронных звёзд и чёрных дыр, что приводит к неуверенности в идентификации астрономических объектов с чёрными дырами. Основное отличие состоит в том, что газ, падающий на все объекты, рано или поздно встречает твёрдую поверхность, что приводит к интенсивному излучению при торможении, но облако газа, падающее на чёрную дыру, из-за неограниченно растущего гравитационного замедления времени (красного смещения) просто быстро меркнет при приближении в горизонту событий, что вероятно наблюдалось телескопом Хаббла в случае источника Лебедь X-1 . [33]

Столкновение чёрных дыр с другими звёздами, а также столкновение нейтронных звёзд, вызывающее образование чёрной дыры, приводит к мощнейшему гравитационному излучению, которое, как ожидается, можно будет обнаруживать в ближайшие годы при помощи гравитационных телескопов. В настоящее время есть сообщения о наблюдении возможных столкновений в рентгеновском диапазоне. [34]

Первичные чёрные дыры в теории Большого взрыва[править]

В настоящее время большие плотности вещества, необходимые для гравитационного коллапса, достигаются лишь в звёздах. Если считать верной теорию Большого взрыва в той её части, что в прошлом Вселенная была значительно более плотной, то при наличии первичных неоднородностей плотности вещества это могло бы приводить к возникновению первичных чёрных дыр. [35] Различные модели ранней Вселенной заметно различаются в своих предсказаниях величины первичных неоднородностей. Как следствие, массы предполагаемых первичных чёрных дыр колеблются от планковской массы до сотен тысяч солнечных масс. [36]

Столкновения с высокой энергией[править]

Кроме гравитационного коллапса, высокие плотности вещества достигаются при столкновениях объектов с высокой энергией. На сегодняшний день в ускорителях частиц не зафиксировано событий, в которых был бы замечен дефицит массы. [37] Предполагается, что для возникновения чёрных дыр необходимо перейти границу по массе, связанную с планковской массой (~1019 ГэВ/c2 = ~2 × 10-8 кг), при которой квантовые эффекты полностью доминируют над классической гравитацией. [38] Если это так, то в земных условиях достигаемые столкновения с высокой энергией не смогут привести к возникновению чёрных дыр. Для планковской чёрной дыры (её радиус порядка 10-35 м) встречается название максимон, указывающее на то, что это самая тяжёлая из возможных элементарных частиц. Другой иногда употребляемый для её обозначения термин — планкеон. Даже если квантовые чёрные дыры существуют, время их существования крайне мало, что делает их непосредственное обнаружение очень проблематичным.

Граница по массе уменьшается в некоторых теориях квантовой гравитации. Например, в космологической теории бран планковская масса достигает 1 ТэВ/с2. [39] В таком случае допускается возникновение чёрных микродыр в столкновениях космических лучей с атомами земной атмосферы, или в ускорителях наподобие Большого адронного коллайдера в CERN. Рассматриваемые теории в отношении рождения чёрных дыр при столкновении частиц до сих пор остаются неподтверждёнными теоретическими схемами.

Рост[править]

В случае рождения чёрной дыры ничто не мешает ей расти путём поглощения дополнительной материи. Чёрная дыра может постоянно поглощать падающую на неё межзвёздную пыль и реликтовое излучение. Для звёздной чёрной дыры более важным источником материи могла бы быть звезда-компаньон в тесной двойной системе.

Существенное изменение массы возможно при слиянии чёрной дыры со звёздами или компактными объектами. Такие процессы считаются основными при образовании сверхмассивных и среднемассивных чёрных дыр. При поглощении объекта чёрной дырой вначале горизонт событий возле объекта должен деформироваться, а затем изменить свой радиус по всей сфере.

Испарение[править]

Основная статья: Излучение Хокинга

В 1974 г. Стивен Хокинг показал, что чёрная дыра должна быть не абсолютно чёрная, поскольку с учётом квантовой теории поля с её поверхности ожидается поток тепловой энергии. [40] Спектр этой энергии повторяет спектр чёрного тела, излучающего частицы и электромагнитное излучение. Данный эффект называется излучением Хокинга. Результат Хокинга проверялся многими другими физиками и разными методами. [41] Если эта теория верна, то с течением времени чёрные дыры будут уменьшать свою массу за счёт потери массы-энергии от излучения (масса и энергия связаны формулой E = mc2, смотри эквивалентность массы и энергии). Температура спектра излучения Хокинга пропорциональна ускорению гравитации на радиусе чёрной дыры, которая в свою очередь обратно пропорциональна массе чёрной дыры. Следовательно, малые чёрные дыры должны излучать более интенсивно, чем массивные.

Температура Хокинга звёздной чёрной дыры с массой 5 солнечных масс порядка 12 нанокельвин. Это много меньше, чем температура 2,7 К реликтового излучения. Поэтому за счёт фонового микроволнового излучения чёрные дыры звёздных масс и более массивные будут увеличивать свою массу гораздо быстрее, чем терять её за счёт излучения Хокинга. Малые чёрные дыры имеют меньше массу и более высокую температуру Хокинга. Если эта температура равна или выше температуры 2,7 К (что необходимо для испарения чёрной дыры), дыра должна быть легче, чем Луна, и иметь диаметр меньше десятой доли миллиметра.

Теоретически эффекты излучения в малых чёрных дырах могут протекать очень интенсивно. Если масса чёрной дыры сравнима с массой автомобиля, она должна испариться за время порядка наносекунды, при этом её светимость превысит светимость Солнца в 200 раз. Не исключено, что за счёт квантовых эффектов малые чёрные дыры каким-то образом могли бы быть стабильными.

Наблюдение[править]

Аккреционные диски и газовые струи[править]

Рисунок художника: аккреционный диск горячей плазмы, вращающийся вокруг чёрной дыры.

Хорошо известными источниками большинства аккреционных дисков и релятивистских джетов являются нейтронные звёзды и белые карлики. Однако в некоторых случаях при плохой видимости представляется затруднительным определить компактный объект, и он становится кандидатом в звёздные чёрные дыры.

В некоторых галактиках наблюдаются экстремально большие аккреционные диски и джеты (газовые струи) со значительным энерговыделением, которые приписывают действию сверхмассивных чёрных дыр.

Высокоэнергетичное излучение[править]

В некоторых случаях компактные источники скрыты в туманностях или газовых облаках, но обнаруживаются вследствие непрерывного рентгеновского и гамма-излучения. Такие источники также рассматриваются как кандидаты в чёрные дыры. Если же излучение носит прерывистый характер, то оно обычно объясняется как результат нерегулярного падения вещества на поверхность нейтронных звёзд или белых карликов с выделением большого количества энергии.

Мощные и однократные гамма-всплески от барстеров (GRB) часто рассматривают как результат рождения "новых" чёрных дыр, либо вследствие гравитационного коллапса гигантских звёзд, [42] либо при столкновениях между нейтронными звёздами. [43] Причиной GRB могло бы стать и столкновение чёрной дыры с нейтронной звездой, [44] так что GRB не является достаточным условием для образования "новой" чёрной дыры. Все известные GRB находятся за пределами нашей галактики, на расстояниях в миллиарды световых лет, [45] и значит эти объекты могут быть старее нашего Солнца.

Существует предположение о том, что некоторые сверхяркие источники рентгеновского излучения происходят от аккреционных дисков среднемассивных чёрных дыр. [46]

Аналогично квазары мыслятся как аккреционные диски сверхмассивных чёрных дыр, исходя из энергетики производимого излучения. Квазары светятся во всём диапазоне электромагнитных волн, включая ультрафиолет, рентген и гамма-излучение, и видны на больших расстояниях из-за своей высокой светимости. От 5 до 25% квазаров являются мощными источниками радиоизлучения. [47]

Гравитационное линзирование[править]

Основная статья: Гравитационная линза

Гравитационная линза образуется тогда, когда между наблюдателем и удалённым ярким источником (наподобие квазара) на пути света находится массивный объект. В таком случае возникает гравитационное линзирование, как результат отклонения света за счёт гравитации массивного объекта.

Изображение источника после линзирования представляется наблюдателю в виде нескольких изображений этого источника. Когда все объекты (наблюдатель, линза и источник) находятся на одной прямой линии, изображение источника имеет вид кольца. В качестве линз рассматриваются не только галактики, но и чёрные дыры.

Движение по орбитам[править]

Если вокруг чёрной дыры обращаются какие-нибудь объекты, с их помощью можно было бы оценить величину действующего в системе гравитационного поля. Примером является знаменитый рентгеновский источник Лебедь X-1, имеющий аккреционный диск, внутри которого предположительно находится чёрная дыра.

Анализ рентгеновского спектра и мерцания на миллисекундной шкале обнаруживает в диске горячие обломки вещества, обращающиеся вокруг центральной массы порядка 10 солнечных масс. При релятивистских скоростях движения вещества обнаруживается линия железа с энергией ~6,4 кэВ, имеющей расширение к красному концу спектра (на удаляющейся стороне диска) и к синему концу спектра (на приближающейся стороне диска).

Звезда S2 обращается вокруг центра нашей Галактики с периодом 15,56 ± 0.35 лет на расстоянии около 120 а.е. Из этих данных определяется центральная масса (предположительно чёрной дыры) порядка 3,7 миллиона солнечных масс, вокруг которой вращается данная звезда. [48]

Пульсации излучения[править]

Квазипериодические пульсации рентгеновского излучения могут быть использованы для оценки массы чёрной дыры (NASA scientists identify smallest known black hole). Если чёрную дыру окружает диск, с внутренней части которого отрываются газовые массы, то они падают на центральный объект по спирали. Для чёрной дыры можно ожидать определённой зависимости размера диска от массы дыры. Если учесть ещё зависимость горизонта событий от массы дыры, то можно оценить ход рентгеновского излучения при падении вещества, периодически изменяющийся для разных порций вещества. В данной модели чем больше масса чёрной дыры, тем ниже частота пульсаций излучения.

Кандидаты в чёрные дыры[править]

Сверхмассивные[править]

Изображение, полученное с помощью телескопа «Хаббл»: Активная галактика M87. В ядре галактики, предположительно, находится чёрная дыра. На снимке видна релятивистская струя длиной около 5 тысяч световых лет.

Многие учёные уверены, что в центре почти каждой галактики содержится сверхмассивная чёрная дыра. [49] [50] [51] Тесная связь, обнаруженная между массой центральных объектов в галактиках и распределением скоростей звёзд в балджах галактик, называемая M-sigma relation, указывает на то, что эта связь возникла на самых ранних этапах формирования галактик.

Как правило астрономы используют название "активная галактика" для описания галактик с особенными характеристиками, такими как необычные спектральные линии в излучении и сильное радиоизлучение. [52] Существует немало теоретических и экспериментальных работ, согласно которым активные ядра (AGN) в этих галактиках могут содержать сверхмассивные чёрные дыры. [53] Модели активных ядер AGN содержат: центральную чёрную дыру с массой от миллионов до миллиардов солнечных масс; диск из газа и межзвёздной пыли, называемый аккреционным диском; два релятивистских джета, перпендикулярных аккреционному диску.

Среди галактик с объектами-кандидатами в сверхмассивные чёрные дыры наиболее тщательно изучены галактика Андромеды, галактика M32, эллиптическая галактика M87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258, и галактика M104 (галактика Сомбреро). [54] Американские астрономы установили, что массы сверхмассивных чёрных дыр могут быть значительно недооценены. Например для того, чтобы звёзды двигались в галактике М87 (которая расположена на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли) так, как это наблюдается сейчас, масса центральной чёрной дыры должна быть как минимум 6,4 миллиарда солнечных масс, то есть в два раза больше предыдущих оценок ядра М87, которые составляют 3 миллиарда солнечных масс. [1]

В нашей Галактике Млечный Путь полагают, что сверхмассивная чёрная дыра находится в центральной области, называемой Стрелец A*. [55] Излучение источника в Стрельце А* вызвано аккрецией газа на центральный объект, причём радиус излучающей области (аккреционный диск, джеты) не более 45 а.е.

Среднемассивные[править]

В 2002 г. космический телескоп Хаббл производил наблюдения, показавшие вероятность существования в шаровых скоплениях M15 (в созвездии Пегаса) и Mayall II (в галактике Андромеды) среднемассивных чёрных дыр. [56] Такая интерпретация основывалась на размерах и периодах орбит звёзд в данных шаровых скоплениях. Однако вместо чёрных дыр вполне могут быть и группы нейтронных звёзд, давая тот же результат.

В нашей Галактике среднемассивная чёрная дыра с массой порядка 1300 солнечных масс предполагается находящейся на расстоянии 3 световых лет от Стрельца А*, внутри кластера из семи массивных звёзд. [57] [58]

Звёздных масс[править]

Рисунок художника двойной системы, состоящей из чёрной дыры и звезды главной последовательности. Вещество звезды притягивается чёрной дырой и собирается вокруг неё в аккреционный диск, с образованием джетов.

В нашей Галактике содержатся несколько вероятных кандидатов в чёрные дыры звёздных масс. Все они являются членами рентгеновских двойных систем, в которых компактный объект имеет аккреционный диск из материала звезды-компаньона. Массы компактных объектов могут быть от трёх до двенадцати солнечных масс, и даже более. [59] [60] Наиболее удалённая рентгеновская двойная находится в галактике Треугольника. [61] Компактный объект с массой около 10 солнечных масс, похожий по свойствам на чёрную дыру, был обнаружен в шаровом скоплении в галактике NGC 4472, находящейся на расстоянии 55 миллионов световых лет. [62] [63]

Микро[править]

В настоящее время отсутствуют чёткие теоретические ограничения на возможный размер чёрных дыр. Стивен Хокинг с помощью квантовой теории поля пришёл к выводу о том, что предполагаемые первичные чёрные дыры ранней Вселенной могли бы испаряться и становиться всё меньше с течением времени. Обнаружение подобных чёрных дыр входило в задачу наблюдений у телескопа GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope), запущенном 11 июня 2008 г. Если бы чёрные дыры могли образовываться от действия космических лучей сверхвысоких энергий или при столкновениях частиц в ускорителях, то не исключено, что действие квантовых эффектов могло бы препятствовать испарению таких чёрных дыр.

Имеются научные работы, в которых результаты столкновений частиц в ускорителях трактуются в терминах теории чёрных дыр и квантовой теории гравитации. [64] Основанием для этого является AdS/CFT - соответствие в рамках теории струн между теорией ядерных сил, считающейся никак не связанной с гравитацией, и квантовой теорией гравитации. Образование из кварк-глюонной плазмы и последующий распад файербола (огненного шара) в столкновениях на релятивистском коллайдере тяжёлых ионов RHIC рассматривается как процесс, в чём-то подобный возникновению и уничтожению чёрной дыры. Подобие явлений должно увеличиться на более мощном большом адронном коллайдере.

Дополнительные разделы[править]

Кротовые норы[править]

Диаграмма кротовой норы Шварцшильда.

В ОТО допускается конфигурация двух соединённых чёрных дыр. Такое соединение называется кротовой норой и было подсказано писателями-фантастами как средство для быстрого путешествия в пространстве и времени. Известные процессы в астрофизике практически не могут привести к возникновению подобных объектов.

Энтропия и излучение Хокинга[править]

Основная статья: Излучение Хокинга

В 1971 г. Стивен Хокинг показал, что общая площадь горизонтов событий любых наборов классических чёрных дыр не может уменьшиться при взаимодействии чёрных дыр друг с другом или при их слияниях. [65] Это напоминает второе начало термодинамики, где вместо энтропии используется площадь. По аналогии с классическим объектом при нуле абсолютной температуры, для чёрных дыр можно было бы установить нулевую энтропию. Однако это нарушало бы второй закон термодинамики, поскольку при добавлении в дыру вещества, несущего энтропию, уменьшалась бы энтропия Вселенной. Поэтому Jacob Bekenstein предположил у чёрной дыры ненулевую энтропию, пропорциональную её горизонту событий. В классическом случае чёрная дыра не излучает, и добавление тепла чёрной дыре при нулевой температуре может изменить энтропию в значительной мере, вплоть до бесконечности.

Применение Хокингом в 1974 г. квантовой теории поля к искривлённому пространству-времени вокруг горизонта событий привело к предсказанию излучения Хокинга. Оно является формой теплового излучения, связанного с эффектом Унру. Это усиливает аналогию между термодинамикой и теорией чёрных дыр: из термодинамики чёрных дыр следует, что энтропия не вращающейся чёрной дыры пропорциональна четверти площади горизонта. Позднее появилось утверждение о том, что чёрные дыры являются объектами с максимальной энтропией, возможной в том объёме, где находится чёрная дыра. Отсюда вытекает голографический принцип.

Мощность излучения чёрной дыры равна

L={\frac  {\hbar c^{6}}{15360\pi G^{2}M^{2}}}.

Состав излучения зависит от размера чёрной дыры: для больших чёрных дыр это в основном фотоны и нейтрино, а в спектре лёгких чёрных дыр начинают присутствовать и тяжёлые частицы. Спектр хокинговского излучения оказался строго совпадающим с излучением абсолютно чёрного тела, что позволило приписать чёрной дыре температуру

T_{H}={\frac  {\hbar c^{3}}{8\pi kGM}},

где \hbar постоянная Дирака, c — скорость света, kпостоянная Больцмана, Gгравитационная постоянная, M — масса чёрной дыры.

На этой основе была построена термодинамика чёрных дыр, в том числе введено ключевое понятие энтропии чёрной дыры, которая оказалась пропорциональна площади её горизонта событий:

S={\frac  {Akc^{3}}{4\hbar G}},

где A — площадь горизонта событий.

Излучение Хокинга связано с характерной температурой чёрной дыры и с её энтропией. У чёрных дыр предполагается граничная масса, равная приблизительно массе Меркурия, при которой температура дыры равна температуре фонового микроволнового излучения 2,73 К. При этом должно быть некоторое равновесие между уходящим и приходящим к чёрной дыре излучениями. При превышении граничной массы с поглощением энергии извне чёрная дыра становится всё более массивнее, а её температура меньше. Если же масса чёрной дыры меньше граничной, она должна постоянно терять энергию и массу за счет излучения, увеличивая при этом свою температуру, с последующим испарением во вспышке излучения. В этом случае время жизни малой чёрной дыры оказывается конечным:

\tau ={\frac  {5120\pi G^{2}M^{3}}{\hbar c^{4}}}.

Хотя ОТО может быть использована для представления полуклассического расчёта энтропии чёрной дыры, эта ситуация теоретически неудовлетворительна. В статистической механике энтропия вычисляется через число микроскопических конфигураций системы, которые имеют одинаковое макроскопическое состояние, задаваемое массой, зарядом, давлением, и т.д. Поскольку теория квантовой гравитации до сих пор не полна, то подобный расчёт энтропии для чёрных дыр отсутствует. В теории струн постулируется, что микроскопические степени свободы определяются через D-браны. Рассчитывая состояния D-бран с заданными зарядами и энергией, теоретики пытаются воспроизвести энтропию соответствующей суперсимметричной чёрной дыры, а затем применить свои результаты для остальных случаев.

Унитарность[править]

Одним из нерешённых вопросов в фундаментальной физике является так называемый парадокс потери информации или парадокс унитарности чёрной дыры. В классической не квантовой физике действует T-симметрия, согласно которой законы симметричны относительно направления течения времени. Теорема Лиувилля предполагает сохранение объёма фазового пространства и сохранение информации, поэтому в ОТО возникает проблема обоснования потери информации. В квантовой механике сохранение информации вытекает из существования системы в разных состояниях, соответствуя принципу унитарности как сохранению суммы вероятностей возможных событий, либо сохранению объёма в пространстве квантовой фазы, определяемого матрицей плотности. [66]

В ОТО ситуация объясняется так: согласно теореме об «отсутствии волос» у чёрной дыры, нельзя определить, что упало внутрь горизонта. Для внешнего наблюдателя информация полностью не исчезает, так как время падения материи на чёрную дыру растягивается до бесконечности.

С другой стороны, соотношения ОТО удовлетворяют T-симметрии. Однако из такой теории не могут получиться следствия с несимметричными по времени решениями (смотри парадокс Лошмидта). Если использовать координаты Риндлера для внешнего наблюдателя рядом с горизонтом событий, то в них процессы не могут быть однонаправленными во времени. Предполагается, что парадокс возникает от того, что несимметричное по времени граничное условие используется в симметричной по времени теории.

В квантовой гравитации на основе идеи Бекенштейна полагают, что чёрная дыра экстремальна в смысле количества информации, связанной с ней. При этом изменение энтропии, вычисляемое через площадь горизонта и излучение Хокинга, должно соответствовать изменению энтропии от падающей в чёрную дыру материи (в виде вещества и излучения).

Тем не менее, всё ещё остаются непростые вопросы, связанные с детерминизмом и унитарностью: Является ли на квантовом уровне квантовое состояние излучения Хокинга однозначно определенным всем тем веществом, которое последовательно вошло в состав чёрной дыры? Как влияет временная картина изменения падающего вещества на квантовое состояние и излучение Хокинга?

Долгое время Стивен Хокинг придерживался той позиции, что излучение Хокинга чисто тепловое и потому случайно, не содержа информацию от падающей в чёрную дыру материи, так что эта информация теряется. В 2004 г. Хокинг изменил своё мнение. [67] Поскольку излучение Хокинга приводит к испарению маломассивных чёрных дыр, то излучение должно уносить энтропию и информацию. В таком случае должна быть точная связь между начальной энтропией чёрной дыры и энтропией излучения, а информация полностью не может быть потеряна.

Это же самое следует и из AdS/CFT - соответствия, так что унитарность чёрной дыры вероятно не нарушается. Однако методы расчётов Хокинга подвергаются сомнению некоторыми теоретиками в отношении их согласованности (смотри пари Хокинга с Джоном Прескиллом).

Голографический мир[править]

Леонард Сасскинд и нобелевский лауреат Герард Хоофт предположили, что трёхмерное пространство вокруг чёрной дыры может быть полностью описано поведением двухмерного горизонта. [68] По их мнению, это помогает объяснить исчезновение информации в чёрной дыре. Данная идея была принята в теории струн, где известна как голографический принцип.

Фазболлы[править]

Фазболлы (дословно: пушистые шары) рассматриваются некоторыми сторонниками теории суперструн как подходящее квантовомеханическое описание чёрных дыр. Эта теория пытается разрешить две непростые проблемы, поставленные чёрными дырами в современной физике:

  1. Информационный парадокс, по которому квантовая информация, связанная с падающей материей и энергией, целиком исчезает в сингулярности; в результате чёрная дыра не меняет своё физическое состояние независимо от природы того, что в неё падает.
  2. Согласно общепринятой теории чёрных дыр, они должны содержать сингулярность нулевого объёма с бесконечной кривизной пространства-времени и бесконечной интенсивностью гравитационного поля. Объяснить необходимость таких экстремальных параметров или их причину в рамках ОТО по всей видимости невозможно.

Теория фазболлов заменяет сингулярность ОТО на некоторую область внутри чёрной дыры, заполненную клубком струн, которые рассматриваются как основные строительные блоки материи. В струнах происходят колебания энергии, как в трёх пространственных направлениях, так и в компактифицированных измерениях, которые погружены в квантовую пену.

Аргументы за и против существования чёрных дыр[править]

Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа «чёрная дыра» ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. Вопрос о реальном существовании чёрных дыр во многом связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой существование таких объектов следует. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности (ОТО), хотя существование чёрных дыр возможно и в рамках других (не всех) теоретических моделей гравитации (см.: Альтернативные теории гравитации). Поэтому наблюдательные данные анализируются и интерпретируются прежде всего в контексте ОТО, хотя, строго говоря, эта теория не является экспериментально подтверждённой для условий, соответствующих области пространства-времени в непосредственной близости от чёрной дыры. [69] Поэтому утверждения о непосредственных доказательствах существования чёрных дыр пока можно относить к объектам, лишь приближающимся по своим свойствам к чёрной дыре — например, это могут быть коллапсирующие звёзды на поздних стадиях коллапса.

Аргументы в пользу чёрных дыр:

  1. При наличии достаточной массы известные физические явления в веществе не препятствуют образованию чёрной дыры и горизонта событий. [70]
  2. Из вращения звёзд в самом центре нашей Галактики вытекает, что в области Стрелец A* с радиусом 6,7∙1012 м должна содержаться масса 7,4∙1036 кг. [71] Такой компактный объект может быть только чёрной дырой.
  3. В качестве одного из самых известных кандидатов в чёрные дыры называют компактный объект в двойной системе Лебедь X-1 (сокращённо Cyg X-1). В этой системе компактный объект собирает вещество от звезды-компаньона HDE 226868 в аккреционный диск и образует два джета перпендикулярно диску, с сильным излучением в рентгеновском диапазоне. Масса звезды HDE 226868, судя по её спектру голубого сверхгиганта, светимости и расстоянию до неё, лежит в пределах 20-40 солнечных масс. Период обращения системы относительно центра масс равен 5,6 дней. Оценки массы компактного объекта, при расстоянии до HDE 226868 порядка 0,2 а.е., даёт значение 8,7 солнечных масс. Эта масса превышает предел Оппенгеймера — Волкова, говоря в пользу чёрной дыры. Так как незаряженные чёрные дыры не могут иметь магнитное поле, управление джетами предполагается со стороны магнитного поля диска.

Аргументы против чёрных дыр:

  1. При коллапсе вещества под действием силы гравитации реальные звёздные объекты, всегда имеющие вращение, будут увеличивать свой момент импульса, который может остановить коллапс за счёт центробежной силы. Этой точки зрения придерживался А. Эйнштейн. [72] Имеются работы, в которых предсказывается отсутствие чёрных дыр как следствие неточности решений уравнений общей теории относительности. [73]
  2. По известной массе и размерам области Стрелец A* можно определить среднее расстояние между звёздами, считая их нейтронными звёздами с массой 1,4 солнечной массы: 7,8∙1010 м или 0,5 а.е. Это расстояние больше, чем расстояние от Меркурия до Солнца. Тогда при своих малых радиусах (до 20 км) нейтронные звёзды могут долговременно находиться в состоянии стабильного твердотельного вращения в центральных частях галактик. Недавно в центре Галактики были обнаружены сразу три пульсара, [74] и из статистических соображений следует, что здесь должно быть ещё порядка 2000 нейтронных звёзд. Это свидетельствует в пользу существования в центре достаточно большой популяции нейтронных звёзд. Кроме этого, наличие чёрной дыры очень слабо согласуется с тем, что непосредственно вблизи галактического центра парадоксальным образом обнаруживаются многочисленные молодые и массивные S-звёзды ранних типов. [75]
  3. В ряде работ указывается, что модель чёрных дыр не может полностью описать все явления, наблюдаемые в области Стрелец A* нашей галактики, а также в центре квазаров, в активных галактичеких ядрах AGN и в других галактиках. [76] [77] Вместо чёрных дыр вводятся Magnetospheric Eternally Collapsing Objects (MECO - объекты), то есть вечно коллапсирующие магнетосферические объекты, не имеющие гоизонта событий. Так, для квазара Q0957+561 масса центрального MECO – объекта получается равной 3,6 миллиарда солнечных масс. Этот объект имеет собственный магнитный момент, достаточный, чтобы создать магнитное поле и управлять с его помощью окружающим диском и джетами.
  4. В соответствии с теорией бесконечной вложенности материи и подобием уровней материи, нейтронные звёзды подобны нуклонам. Если нуклоны на уровне элементарных частиц образуют атомные ядра, то и нейтронные звёзды в принципе могут быть способны к объединению друг с другом. В частности, в системе Лебедь X-1 в качестве компактного объекта может мыслиться тесно связанная группа из нейтронных звёзд. Это позволяет набрать достаточную массу компактного объекта и приписать наблюдаемые джеты как действию сильного магнитного поля нейтронных звёзд, так и действию поля кручения от быстрого вращения звёзд вокруг своей оси. [78] Компактный объект имеет аккреционный диск радиусом 15000 км, с магнитным полем в диске порядка 0,06 Тл. [79] Если расположить в центре компактного объекта нейтронную звезду с типичным радиусом 15 км, и учесть спадание магнитного поля обратно пропорционально кубу расстояния от звезды, то на её поверхности магнитное поле будет порядка 6∙107 Тл, то есть характерное значение для пульсаров. Другим примером является обнаружение гравитационных волн в событии GW150914. Считается, что это событие произошло при слиянии двух чёрных дыр с массой порядка 30 и 35 солнечных масс. [80] Но вместо этих чёрных дыр можно предположить слияние двух звёздных ядер, содержащих 22 и 26 нейтронных звёзд соответственно.
  5. Существование чёрных дыр как объектов, всё поглощающих и ничего не выпускающих наружу, противоречит квантовой механике и CPT-симметрии. На основании этого Стивен Хокинг считает невозможным существование таких чёрных дыр. [81]
  6. ТэВное гамма-излучение, наблюдаемое от внутренних частей Галактики, может быть связано не с активностью центральной чёрной дыры (в результате чего могло бы появляться много космических лучей, а затем ускоренные протоны в итоге порождали бы гамма-кванты за счёт производства пи-мезонов), а с радиопульсарами. На это указывают результаты статьи. [82] Недавние наблюдения на установках Milagro и HAWC показали, что пульсары окружены гало гамма-лучей. В статье анализируется, может ли такое излучение множества нейтронных звёзд объяснить гамма-излучение из центральной части Галактики. Оказывается, что может. Для этого надо, чтобы в центральной области Галактики за миллион лет появлялось несколько сотен нейтронных звёзд, что находится в согласии с другими оценками темпа формирования этих объектов.
  7. Существование чёрных дыр как объектов, сжимающих электромагнитные поля элементарных частиц, противоречит Классической электродинамике и закону сохранения энергии.

Физико-философские аргументы:

  1. В соответствии с ОТО предполагается, что в природе существуют чёрные дыры как объекты разных масс и размеров, причём характерная скорость движения материи в них в результате коллапса равна предельной величине, то есть скорости света. Однако в теории бесконечной вложенности материи все объекты располагаются на соответствующих масштабных уровнях в зависимости от своих масс и размеров. При этом по мере перехода от микро к мега-размерам изменяются фундаментальные физические постоянные, характеризующие объекты разных уровней. Например, постоянная Планка на уровне элементарных частиц заменяется на звёздную постоянную Планка на уровне звёзд. Это же относится и к характерной скорости частиц внутри объектов, которая на уровне нуклонов порядка скорости света, а на уровне звёзд определённо меньше (у нейтронных звёзд вплоть до 18 % от скорости света). В противном случае чёрные дыры были бы возможны на всех уровнях материи. Это привело бы с течением времени к поглощению ими вещества на микроуровне и к невозможности образования наблюдаемого нами макровещества. Кроме этого, малая доля излучения от чёрных дыр приводит к невозможности гравитации как таковой. Действительно, в рамках теории гравитации Лесажа причиной гравитации является не гипотетическое и ничем не обоснованное искривление пространства-времени, как в ОТО, а непосредственно реальные объекты – гравитоны, образованные релятивистскими частицами низших пространственных уровней материи. Гравитоны не могут образовываться и излучаться чёрными дырами этих уровней, так что пропадает источник гравитонов, необходимый для гравитации на высших уровнях материи. Если же брать нейтронные звёзды, соответствующие им нуклоны и аналогичные объекты других уровней материи, то именно возле них и возникает наибольшее излучение релятивистских частиц. [83] По мере продвижения вглубь материи растёт плотность энергии и концентрация частиц в потоках гравитонов, но уменьшается длина их свободного пробега в веществе. Отсюда следует сложная структура имеющихся в пространстве гравитонов, а также невозможность чёрных дыр как объектов, поглощающих любое вещество и ничего не выпускающих наружу.
  2. В ОТО ничто не мешает существовать таким экстремальным объектам, как чёрные дыры. Ведь гравитационное поле в ОТО является просто следствием искривления пространства-времени, на которое не накладывается никаких ограничивающих условий. Однако чёрные дыры как проявления сингулярностей пространства-времени означают, что в них не применимы полевые уравнения и известные нам законы природы. Если ОТО допускает существование подобных объектов и не может описать их, это говорит либо о недостатке самой ОТО как полной физической теории либо о противоречивости ОТО. В ковариантной теории гравитации (КТГ) не только вещество, но и само гравитационное поле определяет метрику. [84] При этом естественным образом появляется граничное условие. Оно вытекает из того, что степень предельного скучивания вещества определяется взаимодействием гравитационных и электромагнитных сил с веществом. В свою очередь эти силы порождаются самой материей на более низких по масштабам уровнях, начиная с масштабов элементарных частиц и переходя к ещё более глубоким структурным уровням устройства вещества. В этом случае гравитация не может быть бесконечно большой, и при коллапсе следует ожидать остановки не на стадии чёрной дыры, а на предыдущей стадии, соответствующей нейтронной звезде. [85]

Объекты, похожие на чёрные дыры[править]

Существует ряд работ, в которых нуклоны рассматриваются как объекты, подобные по своим свойствам чёрным дырам. Например, кварки в адронах считаются связанными полем сильной гравитации. [86] Находятся также аналогии между адронами и чёрными дырами Керра — Ньюмена. [87]

Идея квантования спина элементарных частиц в применении ко всей Вселенной как к чёрной дыре Керра позволяет оценить собственный момент импульса Вселенной. [88]

К числу объектов, похожих на "черные дыры" можно отнести любой массивный гравитационный объект Вселенной, не испускающий видимый свет.

Стандартные направления исследований в физике чёрных дыр[править]

  • Гравитационные явления
    • Структура вращающихся чёрных дыр
    • Возмущения горизонта событий и их затухание
    • Столкновение чёрных дыр и излучение гравитационных волн
    • Возможность существования замкнутых траекторий в пространстве-времени, то есть возможность путешествия во времени

См. также[править]

Ссылки[править]

  1. P.C.W Davies, Thermodynamics of Black Holes, Rep. Prog. Phys., Vol. 41 (1978), pp.1313-1355.
  2. J. Michell, 1784, On the Means of Discovering the Distance, Magnitude, &c. of the Fixed Stars, in Consequence of the Diminution of the Velocity of Their Light, in Case Such a Diminution Should be Found to Take Place in any of Them, and Such Other Data Should be Procured from Observations, as Would be Farther Necessary for That Purpose, Phil. Trans. R. Soc. (London), том 74, стр. 35–57).
  3. Laplace; see Israel, Werner (1987), "Dark stars: the evolution of an idea", in Hawking, Stephen W. & Israel, Werner, 300 Years of Gravitation, Cambridge University Press, Sec. 7.4.
  4. Karl Schwarzschild. Über das Gravitationsfeld eines Massenpunktes nach der Einsteinschen Theorie, Sitzungsber. Preuss. Akad. D. Wiss., 1916, стр. 189–196; Über das Gravitationsfeld eines Kugel aus inkompressibler Flüssigkeit nach der Einsteinschen Theorie, Sitzungsber. Preuss. Akad. D. Wiss., 1916, стр. 424–434.
  5. J. R. Oppenheimer and G. M. Volkoff, On Massive Neutron Cores, Physical Review 55, #374 (15 February 1939), pp. 374–381.
  6. Finkelstein (1958). "Past-Future Asymmetry of the Gravitational Field of a Point Particle". Phys. Rev. 110: 965–967.
  7. Antony Hewish, S J Bell, J D H Pilkington, P F Scott, R A Collins. Observation of a Rapidly Pulsating Radio Source, Nature, 1968, том 217, стр. 709–713; J D H Pilkington, A Hewish, S J Bell, T W Cole. Observations of some further Pulsed Radio Sources, Nature, 1968, том 218, стр. 126–129.
  8. The American Scholar, 1968, Vol. 37, no 2.
  9. American Scientist, 1968, Vol. 56, No. 1, pp. 1—20.
  10. V. P. Frolov and I. D. Novikov, Black Hole Physics: Basic Concepts and New Developments, (Kluwer, Dordrecht, 1998), p. 5.
  11. Michael Quinion, Black Hole.
  12. M. Heusler, 1998, Stationary Black Holes: Uniqueness and Beyond, Living Rev. Relativity, том 1, номер 6.
  13. Kip S. Thorne, R. H. Price and D. A. Macdonald (eds.) "Black Holes: The membrane paradigm" (1986). New Haven: Yale Univ. Press; Чёрные дыры: Мембранный подход / Под ред. К. Торна, Р. Прайса и Д. Макдональда. — Пер. с англ. — М.: Мир, 1988. 428 с. ISBN 5030010513.
  14. Warren G. Anderson, The Black Hole Information Loss Problem, 1996; John Preskill (1994), "Black holes and information: A crisis in quantum physics"; Daniel Carmody (2008), "The Fate of Quantum Information in a Black Hole".
  15. A.Yu.Ignatiev, G.C.Joshi and Kameshwar C.Wali, Black holes with magnetic charge and quantized mass, Research Centre for High Energy Physics, School of Physics, University of Melbourne, Parkville 3052, Victoria, Australia.
  16. Rue-Ron Hsu «The No Hair Theorem?» // CHINESE JOURNAL OF PHYSICS. — 1992-01-09.
  17. Hinshaw, G. et al. «Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results». — 2008.
  18. Newman E. T., Couch E., Chinnapared K., Exton A., Prakash A., Torrence R. J. Metric of a rotating charged mass, J. Math. Phys.,1965, том 6, стр. 918.
  19. Robert M. Wald, Gravitational Collapse and Cosmic Censorship, 1997.
  20. Beverly K. Berger, 2002, Numerical Approaches to Spacetime Singularities, Living Rev. Relativity, том 5.
  21. Jeffrey E. McClintock, Rebecca Shafee, Ramesh Narayan, Ronald A. Remillard, Shane W. Davis, Li-Xin Li, The Spin of the Near-Extreme Kerr Black Hole GRS 1915+105, Astrophys.J., 2006, том 652, стр. 518–539.
  22. R. Antonucci, Unified Models for Active Galactic Nuclei and Quasars, 1993, Annual Reviews in Astronomy and Astrophysics, том 31, номер 1, стр. 473–521.
  23. C. Urry, Paolo Padovani, Unified Schemes for Radio-Loud Active Galactic Nuclei, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1995, том 107, стр. 803–845.
  24. R. Schödel, et al., A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, Nature, 2002, том 419, номер 6908, стр. 694–696.
  25. M.J. Valtonen, et al. A massive binary black-hole system in OJ 287 and a test of general relativity, Nature, 2008, том 452, стр. 851.
  26. T.J. Maccarone, et al. A black hole in a globular cluster, Nature, 2007, том 455, стр. 183-185.
  27. NASA's GLAST Burst Monitor Team Hard at Work Fine-Tuning Instrument and Operations.
  28. Sean M. Carroll, Spacetime and Geometry, 2004, Addison Wesley,isbn=0-8053-8732-3; имеется текст лекций с содержанием книги.
  29. Michael Good, The Black Hole Singularity, reEvolutionary Physics, pages 1-4.
  30. Roberto Giambό, THE GEOMETRY OF GRAVITATIONAL COLLAPSE.
  31. Robert J. Nemiroff, Visual distortions near a neutron star and black hole, American Journal of Physics, 1993, том 61, стр. 619.
  32. Stephen Hawking, Roger Penrose, The Singularities of Gravitational Collapse and Cosmology, Proceedings of the Royal Society A, 1970, том 314, номер 1519, стр. 529–548.
  33. 'Death Spiral' Around a Black Hole Yields Tantalizing Evidence of an Event Horizon, accessdate=2010-01-24.
  34. Астрономы доказали: чёрные дыры действительно «съедают» звёзды.
  35. Зельдович Я. Б., Новиков И. Д. Релятивистская астрофизика. М.: Наука, 1967.
  36. B. J. Carr, Primordial Black Holes: Do They Exist and Are They Useful? arXiv, astro-ph/0511743v1, 2005.
  37. Giddings, Steven B. High energy colliders as black hole factories: The end of short distance physics, Physical Review D, 2002, том 65, стр. 056010.
  38. Удивительная история черных дыр: Конец звездной судьбы.
  39. Arkani–Hamed, N. The hierarchy problem and new dimensions at a millimeter, Physics Letters B, 1998, том 429, стр. 263.
  40. S.W. Hawking, Black hole explosions? Nature, 1974, том 248, стр. 30–31.
  41. Page, Don N. Hawking radiation and black hole thermodynamics, New Journal of Physics, 2005, том 7, стр. 203.
  42. Bloom, J. S. The Observed Offset Distribution of Gamma-Ray Bursts from Their Host Galaxies: A Robust Clue to the Nature of the Progenitors, The Astronomical Journal, 2002, том 123, стр. 1111.
  43. Blinnikov, S., et al. Exploding Neutron Stars in Close Binaries, Soviet Astronomy Letters, 1984, том 10, стр. 177.
  44. Lattimer, J. M. The tidal disruption of neutron stars by black holes in close binaries, The Astrophysical Journal, 1976, том 210, стр. 549.
  45. Bohdan Paczyński, How Far Away Are Gamma-Ray Bursters? Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 1995, том 107, стр. 1167.
  46. Winter, Lisa M. XMM‐Newton Archival Study of the Ultraluminous X‐Ray Population in Nearby Galaxies, The Astrophysical Journal, 2006, том 649, стр. 730.
  47. Jiang, Linhua.The Radio‐Loud Fraction of Quasars is a Strong Function of Redshift and Optical Luminosity, The Astrophysical Journal, 2007, том 656, стр. 680.
  48. R. Schödel, et al. A star in a 15.2-year orbit around the supermassive black hole at the centre of the Milky Way, Nature, 17 October 2002, номер 419, стр. 694-696.
  49. Andrew King, Black Holes, Galaxy Formation, and the MBH-σ Relation, The Astrophysical Journal, 2003-09-15, стр. 596:L27-L29.
  50. Douglas Richstone, at all, Massive Black Holes Dwell in Most Galaxies, According to Hubble Census.
  51. Friedrich W. Hehl, Claus Kiefer, Ralph J. K. Metzler (Eds.) Black holes: Theory and observation (Proceedings of the 179th W. E. Heraeus Seminar Held at Bad Honnef, Germany, 18—22 August 1997) / Springer, 1998. Lecture Notes in Physics 514. ISBN 3-540-65158-6.
  52. J. H. Krolik. Active Galactic Nuclei. — Princeton, New Jersey: Princeton University Press, 1999. — ISBN 0-691-01151-6.
  53. L. S. Sparke, J. S. Gallagher III Galaxies in the Universe: An Introduction. — Cambridge: Cambridge University Press, 2000. — ISBN 0-521-59704-4.
  54. J. Kormendy, D. Richstone «Inward Bound---The Search For Supermassive Black Holes In Galactic Nuclei» // Annual Reviews of Astronomy and Astrophysics. — 1995. — Т. 33. — С. 581–624.
  55. Mark Henderson, Astronomers confirm black hole at the heart of the Milky Way. http://www.timesonline.co.uk/tol/news/uk/science/article5316001.ece.
  56. Joris Gerssen, Roeland P. van der Marel, Karl Gebhardt, Puragra Guhathakurta, Ruth Peterson, Carlton Pryor, Hubble Space Telescope Evidence for an Intermediate-Mass Black Hole in the Globular Cluster M15: II. Kinematical Analysis and Dynamical Modeling, arXiv astro-ph/0209315v2, 2002; Hubble Discovers Black Holes in Unexpected Places.
  57. Mark Peplow, Second black hole found at the centre of our Galaxy, 2004.
  58. J. P. Maillard, T. Paumard, S. R. Stolovy, F. Rigaut, The nature of the Galactic Center source IRS 13 revealed by high spatial resolution in the infrared, arXiv astro-ph/0404450v1, 2004.
  59. Jorge Casares. «Observational evidence for stellar-mass black holes» // arXiv : astro-ph/0612312v1. — 2006.
  60. M. R. Garcia, J. M. Miller, J. E. McClintock, A. R. King, J.Orosz. «Resolved Jets and Long-Period Black Hole X-ray Novae» // arXiv : astro-ph/0302230v2. — 2003.
  61. Jerome A. Orosz, Jeffrey E. McClintock, Ramesh Narayan, Charles D. Bailyn, Joel D. Hartman, Lucas Mracri, Jiefeng Liu, Wolfgang Pietsch, Ronald A. Remillard, Avi Shporer, Tsevi Mazeh «A 15.65 solar mass black hole in an eclipsing binary in the nearby spiral galaxy Messier 33» // arXiv : astro-ph/0710.3165v1. — 2007.
  62. Stephen E. Zepf, Daniel Stern, Thomas J. Maccarone, Arunav Kundu, Marc Kamionkowski, Katherine L. Rhode, John J. Salzer, Robin Ciardullo, Caryl Gronwall «Very Broad [O III]4959,5007 Emission from the NGC 4472 Globular Cluster RZ2109 and Implications for the Mass of Its Black Hole X-ray Source» // arXiv : astro-ph/0805.2952v2. — 2008.
  63. Thomas J. Maccarone, Arunav Kundu, Stephen E. Zepf, Katherine L. Rhode «A black hole in a globular cluster» // arXiv : astro-ph/0701310v1. — 2007.
  64. Horatiu Năstase. «The RHIC fireball as a dual black hole» // arXiv : hep-th/0501068v3. — 2005.
  65. Stephen Hawking. A Brief History of Time. — New York: Bantam Books, 1998. — ISBN 0-553-38016-8.
  66. Stephen Hawking, Does God Play Dice?
  67. Hawking changes his mind about black holes.
  68. Marcus Chown, Our world may be a giant hologram.
  69. Black Holes.
  70. Discovering the Kerr and Kerr-Schild metrics.
  71. A. M. Ghez, S. Salim, S. D. Hornstein, A. Tanner, J. R. Lu, M. Morris, E. E. Becklin, G. Duchêne, «Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole». The Astrophysical Journal. — 2005. — Т. 620. — № 2. — С. 744–757.
  72. Einstein, A. «On A Stationary System With Spherical Symmetry Consisting of Many Gravitating Masses». Annals of Mathematics. — 1939. — Т. 40. — № 4. — С. 922-936.
  73. Nikias Stavroulakis. Non-Euclidean Geometry and Gravitation. PROGRESS IN PHYSICS, 2006, Vol. 2, P. 68-75. http  ://www.ptep-online.com/index_files/2006/PP-05-13.PDF.
  74. J. S. Deneva, J. M. Cordes, T. J. W. Lazio. Discovery of Three Pulsars from a Galactic Center Pulsar Population, 2009 г.
  75. Thibaut Paumard. Star formation in the central 0.5 pc of the Milky Way. 2008 г.
  76. Stanley L. Robertson, Darryl J. Leiter. Does Sgr A* Have an Event Horizon or a Magnetic Moment? arXiv:astro-ph/0603746. http://arxiv.org/abs/astro-ph/0603746.
  77. Rudolph E. Schild, Darryl J. Leiter, Stanley L. Robertson. On the Existence of an Observable Intrinsic Magnetic Moment Inside the Central Compact Object Within The Quasar Q0957+561.The Astronomical Journal, Vol. 132, No. 1, P. 420-432 (2006). http://dx.doi.org/10.1086/504898.
  78. Федосин С.Г. Физика и философия подобия от преонов до метагалактик, Пермь: Стиль-МГ, 1999, ISBN 5-8131-0012-1. 544 стр., Табл.66, Ил.93, Библ. 377 назв.
  79. E.A. Karitskaya et al. Magnetic Field Measurement in Black Hole X-Ray Binary Cygnus X-1, 2009 г.
  80. The LIGO Scientific Collaboration and The Virgo Collaboration (3 June 2016). "An improved analysis of GW150914 using a fully spin-precessing waveform model". arXiv:1606.01210.
  81. S. W. Hawking. Information Preservation and Weather Forecasting for Black Holes. arxiv.org, Jan 2014.
  82. Dan Hooper, Ilias Cholis, Tim Linden. TeV Gamma Rays From Galactic Center Pulsars. arxiv:1705.09293.
  83. Fedosin S.G. Model of Gravitational Interaction in the Concept of Gravitons. Journal of Vectorial Relativity, Vol. 4, No. 1, March 2009, P.1-24; статья на русском языке: Модель гравитационного взаимодействия в концепции гравитонов.
  84. Федосин С.Г. Физические теории и бесконечная вложенность материи, Пермь, 2009, 844 стр., Табл. 21, Ил.41, Библ. 289 назв. ISBN 978-5-9901951-1-0.
  85. Fedosin S.G. «Electromagnetic and Gravitational Pictures of the World». Apeiron, Vol. 14, No. 4, P. 385-413, 2007; статья на русском языке: Электромагнитная и гравитационная картины мира.
  86. Recami, E. and Castorina, P. On Quark Confinement: Hadrons as «Strong Black- Holes». Letters Nuovo Cimento, 1976, Vol. 15, No 10, P. 347-350.
  87. Sivaram, C. and Sinha, K.P. Strong gravity, black holes, and hadrons. Physical Review D, 1977, Vol. 16, Issue 6, P. 1975-1978.
  88. Saulo Carneiro. The Large Numbers Hypothesis and Quantum Mechanics. Found. Phys. Lett., 1998, Vol. 11, P. 95.

Дополнительные ссылки[править]

Популярные издания[править]

  • Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М.: Мол. гвардия, 1985.
  • А. М. Черепащук. Чёрные дыры во Вселенной. — Век 2, 2005. — С. 64. — ISBN 5-85099-149-2
  • Липунов В.М. В мире двойных звезд. М.: Квант, 1986.
  • Молофеев А.Н.,Молофеев Ю.А. Космос и гоавитация: философские проблемы. Триада,2008, с 170

" Гинзбург В.Л. О физике и астрофизике. М.: Бюро "Квантум", 1995. 106 с.

Учебники и монографии[править]

  • Carter B. Black hole equilibrium states // Black Holes, под редакцией B.S. De Witt, C. DeWitt.— 1973.
  • Chandrasekhar, Subrahmanyan. Mathematical Theory of Black Holes. — Oxford University Press, 1999.— ISBN 0-19-850370-9.
  • V.P. Frolov, I.D. Novikov. Black hole physics. — 1998.
  • S.W. Hawking, G.F.R. Ellis. Large Scale Structure of space time. — Cambridge University Press, 1973. — ISBN 0521099064.
  • Fulvio Melia. The Galactic Supermassive Black Hole. — Princeton U Press, 2007. — ISBN 978-0-691-13129-0.
  • Taylor, Edwin F., Wheeler, John Archibald. Exploring Black Holes. — Addison Wesley Longman, 2000. — ISBN 0-201-38423-X.
  • Kip S. Thorne, Charles W. Misner, John Wheeler. Gravitation. — W. H. Freeman and Company, 1973. — ISBN 0-7167-0344-0; Ч. МИЗНЕР, К. ТОРН, Дж. УИЛЕР. ГРАВИТАЦИЯ. — М.: Мир, 1977.
  • Robert M. Wald. Space, Time, and Gravity: The Theory of the Big Bang and Black Holes. — University of Chicago Press, 1992.

Научные статьи[править]

  • И. Д. Новиков, В. П. Фролов. «Чёрные дыры во Вселенной» // Успехи физических наук. — 2001. — Т. 131. — № 3. — С. 307—324.
  • Черепащук А.М. Массивные тесные двойные системы // Земля и Вселенная. 1985. № 1. С. 16-24.
  • Лютый В.М., Черепащук А.М. Оптические исследования рентгеновских двойных систем // Земля и Вселенная. 1986. № 5. С. 18-25.
  • Черепащук А.М. Черные дыры: новые данные // Земля и Вселенная. 1992. № 3. С. 23-30.
  • Hawking, S. «Information loss in black holes» // Physical Review D. — 2005. — Т. 72. — С. 084013. Статья о парадоксе унитарности в чёрной дыре.
  • Ghez, A. M. «Stellar Orbits around the Galactic Center Black Hole» // The Astrophysical Journal. — 2005. — Т. 620. — С. 744. Оценки масс и положения на небе кандидатов в чёрные дыры в центре Галактики.
  • Scott A. Hughes «Trust but verify: The case for astrophysical black holes» // arXiv : hep-ph/0511217v2. — 2005.

Внешние ссылки[править]

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: