 |
Астронет: К. А. Постнов/ГАИШ Лекции по Общей Астрофизике для Физиков http://variable-stars.ru/db/msg/1170612/node46.html |
<< 8.2 Нейтронные звезды | Оглавление | 8.4 Пульсары >>
8.3 Черные дыры
ЧД звездной массы образуются либо при аккреционно-индуцированном
коллапсе нейтронных звезд в двойных системах, либо при коллапсе ядер
массивных (
) одиночных звезд. Этот процесс плохо
изучен, даже на качественном уровне. До сих пор не ясно,
сопровождается ли образование черной дыры сбросом оболочки
(т.е. явлением сверхновой звезды). Полное число ЧД в Галактике может
составлять несколько процентов от числа нейтронных звезд.
Физически, ЧД представляет собой особенность пространства-времени, связанную с наличием горизонта событий, - светоподобной поверхности, расположенной на таком расстоянии от центра ЧД, начиная с которого никакая информация не может передаваться наружу. Образно говоря, горизонт событий аналогичен односторонней мембране, которая пропускает все в одном направлении и ничего -- в обратном. ЧД может характеризоваться только массой, моментом импульса и электрическим зарядом (т.е. всеми возможными сохраняющимися физическими величинами). В рамках ОТО, вне горизонта событий сферически-симметричных ЧД пространство-время описывается решением Шварцшильда (1916). Если ЧД обладает отличным от нуля моментом импульса, пространство-время описывается рещением Керра, а если есть электрический заряд - решением Керра-Ньюмана. У черных дыр не может быть магнитного поля. В этом смысле ЧД устроена гораздо проще, чем обычная невырожденная или вырожденная звезда.
Горизонт событий невращающейся (Шварцшильдовской)
ЧД находится на т.н. гравитационном радиусе
Найти ЧД из астрономических наблюдений непросто: одиночная ЧД не излучает энергию (квантовое испарение ЧД звездной массы ничтожно). Эффективность энерговыделения при падении вещества на ЧД из межзвездной среды также мала, и пока все попытки найти такие одиночные ЧД не привели к успеху.
Однако если ЧД входит в состав тесной двойной системы, при перетекании
вещества с соседней звезды вокруг черной дыры образуется аккреционный
диск, вещество разогревается до высоких температур, и может
наблюдаться яркий рентгеновский источник. Современными методами
наблюдений рентгеновских источников обнаружено около 10 кандидатов в
ЧД - невидмых компонентов рентгеновских тесных двойных систем, масса
которых больше 
, которые не являются рентгеновскими
пульсарами или барстерами (т.е. вещество при падении не направляется
магнитным полем или останавливается твердой
поверхностью). См. подробнее обзор: А.М.Черепащук, УФН Т.166, С.809
(1996).
Источник энергии дисковой аккреции - гравитационная энергия,
освобождаемая в процесси приближения по спирали частицы в аккреционном
диске. Угловой момент от частицы может отводиться
силами вязкости (возможно, связанной с турбулентностью
замагниченной плазмы) или посредством косых ударных волн,
возникающих в диске при взаимодействии струи вещества,
истекающего с соседней звезды, с диском.
Большая часть энергии и основная светимость аккреционного диска
выделяется вблизи внутренней границы диска, который определяется в
случае нейтронных звезд - либо радиусом магнитосферы вращающейся
нейтронной звезды, с которой взаимодействует плазма диска, либо
поверхностью НЗ, если давление ее магнитного поля не способно
остановить падающую плазму. В случае черной дыры внутренний радиус
диска определяется последней устойчивой круговой орбитой пробной
частицы в поле тяготения черной дыры. Для невращающейся черной дыры
, для предельно вращающейся Керровской черной дыры
. Полная энергия, излученная элементом газа при
падении из бесконечности, должна быть равной энергии связи элемента на
последней стабильной круговой орбите. Эта энергия на грамм вещества
Эта оценка показывает, что аккреция на черные дыры
имеет максимально известную в природе эффективность превращения массы
покоя в энергию. Светимость аккреционного диска вокруг черной дыры
есть
- темп аккреции вещества в диске задается внешними
услдовиями (например, сокростью поступления плазмы со второй звезды).
<< 8.2 Нейтронные звезды | Оглавление | 8.4 Пульсары >>