Где можно искать одиночные черные дыры?
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Убегающие звезды >>
1. Введение
Что такое черные дыры? Что мы о них знаем? Насколько известно, впервые черные дыры, как тела настолько массивные и компактные, что даже свет не мог их покинуть появились независимо в трудах Майкеля (1784) и Лапласа (1795). Но в то время скорость света еще считалась не наибольшей из возможных для материальных тел, а просто очень высокой скоростью, и все эти построения выглядели простой игрой ума. Черная дыра в "строгом" смысле этого слова, как решение уравнений Общей Теории Относительности Эйнштейна, была предсказана Шварцшильдом (1916). С тех пор теория классических (не квантовых) черных дыр получила очень сильное развитие. Интересующихся этим вопросом я отсылаю к книгам "Математическая теория черных дыр" Чандрасекара и "Физика черных дыр" Новикова и Фролова (лучше ко второму изданию). А для тех, кто хочет избежать огромного количества формул, предназначена замечательная популярная книга "Космические рубежи теории относительности" Кауфмана. [Из нее вы сможете узнать как движутся лучи света вблизи и внутри черных дыр; как выглядит Вселенная для наблюдателя сидящего рядом с черной дырой и как для падающего в нее; что вблизи вращающихся черных дыр есть область, где тела еще могут не падать внутрь, но обязаны вращаться вместе с ними, а через кольцевую сингулярность в центре такой черной дыры можно проскользнуть в другую Вселенную; что с помощью конформных диаграмм Пенроуза всю Вселенную можно изобразить в маленьком квадрате; и многое другое.] С начала 80-х годов прошлого века начала развиваться и квантовая теория черных дыр. Она не закончена из-за того, что до сих пор нет теории фундаментальных взаимодействий, которая корректно объединяла бы гравитацию и другие силы (слабое, сильное и электромагнитное взаимодействия). Но некоторые следствия этой теории уже известны и, более того, успели стать научной "классикой". Наиболее известен из них эффект Хокинга - эффект испарения черных дыр.
С астрофизической точки зрения черная дыра выглядит гораздо проще - это почти материальная точка, массивное компактное тело без твердой поверхности. Последнее свойство отличает черные дыры от нейтронных звезд и белых карликов. Область, где проявляются замечательные сложные свойства, присущие черным дырам, не превышает нескольких гравитационных радиусов
- ньютоновская гравитационная постоянная, 
- скорость света,
а 
- масса черной дыры. Столь близкие к черной дыре окрестности
редко бывают доступны наблюдениям (если темп аккреции на черную дыру достаточно
высок и она является ярким рентгеновским источником, то оптическая толща
падающего вещества на расстоянии в несколько 
существенно превышает
единицу, а в случае низких темпов аккреции саму черную дыру можно наблюдать
только если она расположена недалеко от Солнца или по эффектам не связанным с
аккрецией, например, если она входит в двойную систему с радиопульсаром).
До сих пор неизвестно ни одного объекта про который мы могли бы с полной
уверенностью сказать, что это черная дыра. Есть две группы объектов, которые
носят название кандидатов в черные дыры: это 16 двойных рентгеновских
систем в которы масса компактного компаньона превышает 3M
-
теоретический максимум массы нейтронной звезды при любом уравнении ее состояния.
В наиболее удачных кандидатах этой группы масса "черной дыры" превышает этот
предел в несколько раз. Неуверенность в этих системах вызывается возможными
систематическими ошибками наблюдений и в принципе возможным дифференциальным
вращением компактного объекта. Средняя масса этих черных дыр порядка
10M.
Ко второй группе относятся сверхмассивные черные дыры в центрах галактик. Их
сегодня известно более 20. Их массы лежат в интервале от 
до
M. По-видимому, подобная черная дыра с массой
M есть и в центре нашей Галактики. Присутствие и массы
этих кандидатов в черные дыры определяются по распределению и движениям звезд
вблизи центров галактик. Неопределенность положения объектов из данной группы
вызвана тем, что отличить сверхмассивную черную дыру от очень плотного звездного
скопления очень трудно. [Однако мнение астрономической общественности
относительно этих объектов изменилось и сейчас стремительно набирает
популярность утверждение, что любая галактика с балджем имеет в его центре
черную дыру с массой в несколько процентов (до 10%) от его массы.]
Возможно черные дыры будут открыты по другому - например в парах с
радиопульсарами (теория предсказывает существование 1 черной дыры в паре с
радиопульсаром на примерно 1000 одиночных пульсаров, сейчас пульсаров
известно уже более 1300, но для обнаружения черной дыры в такой паре
по наблюдению времен прихода импульсов требуется, чтобы наклон орбиты был почти
равен 
) или по гравитационному сигналу от слияния двойных черных дыр
и/или нейтронных звезд (в 2001 году в пробную эксплуатацию были запущены уже
3(!) наземные гравитационно-волновые антенны).
Отметим, что кроме сверхмассивных черных дыр, все остальные варианты обнаруживают черные дыры только в составе двойных систем того или иного типа. Единственная крупномасштабная программа поиска одиночных черных дыр звездной массы проводилась в 70-80-х годах в САО под руководством В.Ф.Шварцмана, а затем Г.М.Бескина. В этой программе пытались обнаружить одиночные черные дыры, аккрецирующие вещество из межзвездной среды, по микро- и наносекундной переменности их излучения. В ходе выполнения этой программы не было найдено ни одной черной дыры, этот результат хорошо согласуется с сегодняшними представлениями о числе и светимостях таких объектов.
Здесь кончается введение и можно задать вопрос вынесенный в заглавие: "Где и
как нужно искать одиночные черные дыры?"
<< Титульный лист | Оглавление | 2. Убегающие звезды >>
|
Публикации с ключевыми словами:
черные дыры - Сверхновые - двойные системы - эффект Блаау - распад двойной системы - убегающие звезды - кинематика звезд - Эволюция звезд
Публикации со словами: черные дыры - Сверхновые - двойные системы - эффект Блаау - распад двойной системы - убегающие звезды - кинематика звезд - Эволюция звезд | |
См. также:
Все публикации на ту же тему >> | |
