Visatoje randama juodųjų skylių. Juodųjų skylių susidarymas

Ar kada nors matėte, kad grindys siurbiamos? Jei taip, ar pastebėjote, kaip dulkių siurblys susiurbia dulkes ir kitas smulkias šiukšles, pavyzdžiui, popieriaus likučius? Žinoma, jie padarė. Juodosios skylės veikia maždaug taip pat, kaip ir dulkių siurblys, tačiau vietoj dulkių jos mieliau traukia didesnius objektus: žvaigždes ir planetas. Tačiau jie nepaniekina ir kosminių dulkių.

Kaip atsiranda juodosios skylės?

Norint suprasti, iš kur atsiranda juodosios skylės, būtų malonu žinoti, kas yra lengvas slėgis. Pasirodo, kad šviesa, krisdama ant daiktų, juos spaudžia. Pavyzdžiui, jei esame tamsus kambarys Jei uždegsime lemputę, tada visus apšviestus objektus pradės veikti papildoma šviesos slėgio jėga. Ši jėga yra labai maža ir Kasdienybė mes, žinoma, niekada negalėsime to pajusti. Priežastis ta, kad lemputė yra labai silpnas šviesos šaltinis. (Laboratorijos sąlygomis dar galima išmatuoti lemputės šviesos slėgį, pirmą kartą tai pavyko padaryti rusų fizikui P. N. Lebedevui) Su žvaigždėmis situacija kitokia. Kol žvaigždė jauna ir ryškiai šviečia, jos viduje kovoja trys jėgos. Viena vertus, gravitacijos jėga, kuri linkusi žvaigždę suspausti į tašką, traukia išorinius sluoksnius į vidų link šerdies. Kita vertus, yra šviesos slėgio jėga ir karštų dujų slėgio jėga, linkusi išpūsti žvaigždę. Žvaigždės šerdyje gimstanti šviesa yra tokia intensyvi, kad nustumia išorinius žvaigždės sluoksnius ir subalansuoja gravitacijos jėgą, traukiančią juos link centro. Žvaigždei senstant, jos šerdis gamina vis mažiau šviesos. Taip nutinka todėl, kad žvaigždės gyvavimo metu išdega visas jos vandenilio atsargas, apie tai jau rašėme. Jei žvaigždė yra labai didelė, 20 kartų sunkesnė už Saulę, tai jos išoriniai apvalkalai yra labai didelės masės. Todėl sunkioje žvaigždėje išoriniai sluoksniai pradeda vis labiau artėti prie šerdies, visa žvaigždė pradeda trauktis. Tuo pačiu metu susitraukiančios žvaigždės paviršiuje didėja gravitacinė jėga. Kuo labiau žvaigždė susitraukia, tuo labiau ji pradeda traukti aplink ją esančią medžiagą. Galiausiai žvaigždės trauka tampa tokia siaubingai stipri, kad net jos skleidžiama šviesa negali iš jos ištrūkti. Šiuo metu žvaigždė tampa juodąja skyle. Jis nieko nebeskleidžia, o tik sugeria viską, kas yra šalia, įskaitant šviesą. Iš jo neišeina nei vienas šviesos spindulys, todėl niekas jo nemato, todėl ji vadinama juodąja skyle: viskas ten įtraukiama, bet niekada negrįžta.

Kaip atrodo juodoji skylė?

Jei tu ir aš būtume arti juodosios skylės, pamatytume gana didelį šviečiantį diską, besisukantį aplink mažą, visiškai juodą erdvės sritį. Ši juodoji sritis yra juodoji skylė. O aplink jį esantis šviečiantis diskas yra materija, patenkanti į juodąją skylę. Toks diskas vadinamas akreciniu disku. Juodosios skylės trauka yra labai stipri, todėl įsiurbta medžiaga juda labai dideliu pagreičiu ir dėl to pati pradeda spinduliuoti. Tyrinėdami šviesą, sklindančią iš tokio disko, astronomai gali daug sužinoti apie pačią juodąją skylę. Kitas netiesioginis juodosios skylės egzistavimo ženklas yra neįprastas žvaigždžių judėjimas aplink tam tikrą erdvės sritį. Dėl skylės traukos netoliese esančios žvaigždės juda elipsės formos orbitomis. Tokius žvaigždžių judėjimus fiksuoja ir astronomai.
Dabar mokslininkų dėmesys sutelktas į juodąją skylę, esančią mūsų galaktikos centre. Faktas yra tai, kad prie juodosios skylės artėja vandenilio debesis, kurio masė maždaug 3 kartus viršija Žemės masę. Šis debesis jau pradėjo keisti savo formą dėl juodosios skylės gravitacijos, ateinančiais metais jis dar labiau išsitemps ir bus įtrauktas į juodąją skylę.

Niekada negalėsime pamatyti procesų, vykstančių juodojoje skylėje, todėl belieka pasitenkinti disko aplink juodąją skylę stebėjimais. Bet čia mūsų laukia daug įdomių dalykų. Bene įdomiausias reiškinys yra itin greitų materijos čiurkšlių susidarymas, sklindantis iš šio disko centro. Šio reiškinio mechanizmą dar reikia išsiaiškinti, ir labai tikėtina, kad vienas iš jūsų sukurs tokių purkštukų susidarymo teoriją. Tuo tarpu galime registruoti tik tokius „kadrus“ lydinčius rentgeno blyksnius.

Šiame vaizdo įraše parodyta, kaip juodoji skylė pamažu užfiksuoja netoliese esančios žvaigždės medžiagą. Šiuo atveju aplink juodąją skylę susidaro akrecinis diskas, o dalis jo medžiagos milžinišku greičiu išstumiama į erdvę. Tai sukuria didelį skaičių rentgeno spinduliuotė, kurį užfiksuoja aplink Žemę judantis palydovas.

Kaip išdėstyta juodoji skylė?

Juodąją skylę galima suskirstyti į tris pagrindines dalis. Išorinė dalis, kurioje vis tiek galite neįkristi į juodąją skylę, jei judate labai dideliu greičiu. Giliau už išorinę dalį yra įvykių horizontas – tai įsivaizduojama riba, kurią peržengęs kūnas praranda bet kokią viltį sugrįžti iš juodosios skylės. Viskas, kas yra už įvykių horizonto, iš išorės nesimato, nes dėl stiprios gravitacijos net iš vidaus judanti šviesa negalės už jos praskristi. Manoma, kad pačiame juodosios skylės centre yra singuliarumas – mažo tūrio erdvės sritis, kurioje sutelkta didžiulė masė – juodosios skylės širdis.

Ar įmanoma nuskristi iki juodosios skylės?

Esant dideliam atstumui, juodosios skylės trauka yra lygiai tokia pati, kaip ir įprasčiausios žvaigždės, kurios masė tokia pati kaip ir juodosios skylės masė. Artėjant įvykių horizontui trauka vis labiau didės. Todėl iki juodosios skylės nuskristi galima, bet vis tiek geriau nuo jos laikytis toliau, kad galėtum grįžti atgal. Astronomai turėjo stebėti, kaip juodoji skylė įsiurbė netoliese esančią žvaigždę. Kaip tai atrodė, galite pamatyti šiame vaizdo įraše:

Ar mūsų Saulė pavirs juodąja skyle?

Ne, nesisuks. Saulės masė tam per maža. Skaičiavimai rodo, kad tam, kad taptų juodąja skyle, žvaigždė turi būti bent 4 kartus masyvesnė už Saulę. Vietoj to, Saulė pavirs raudonuoju milžinu ir išsipūs iki maždaug Žemės orbitos dydžio, o tada nukris. išorinis apvalkalas ir tapti baltuoju nykštuku. Būtinai papasakosime apie Saulės evoliuciją.

Visi žino, kad kosmose yra žvaigždžių, planetų, asteroidų ir kometų, kurias galima stebėti plika akimi arba pro teleskopą. Taip pat žinoma, kad yra ypatingų kosminių objektų – juodųjų skylių.

Žvaigždė savo gyvenimo pabaigoje gali virsti juodąja skyle. Šios transformacijos metu žvaigždė labai stipriai suspaudžiama, o jos masė išsaugoma. Žvaigždė virsta mažu, bet labai sunkiu kamuoliuku. Jei darysime prielaidą, kad mūsų planeta Žemė tampa juodąja skyle, tada jos skersmuo šioje būsenoje bus tik 9 milimetrai. Bet Žemė negalės virsti juodąja skyle, nes planetų šerdyje vyksta visiškai kitokios reakcijos, ne tokios kaip žvaigždėse.

Toks stiprus žvaigždės suspaudimas ir suspaudimas atsiranda dėl to, kad veikiant termobranduolinėms reakcijoms žvaigždės centre, jos traukos jėga labai padidėja ir ima traukti žvaigždės paviršių į savo centrą. Palaipsniui žvaigždės susitraukimo greitis didėja ir galiausiai pradeda viršyti šviesos greitį. Kai žvaigždė pasiekia tokią būseną, ji nustoja šviesti, nes šviesos dalelės – kvantai – negali įveikti traukos jėgos. Tokios būsenos žvaigždė nustoja skleisti šviesą, ji lieka „viduje“ gravitacinio spindulio – ribos, per kurią visi objektai traukiasi į žvaigždės paviršių. Astronomai šią ribą vadina įvykių horizontu. Ir už šios ribos juodosios skylės gravitacija mažėja. Kadangi šviesos dalelės negali įveikti žvaigždės gravitacinės ribos, juodąją skylę galima aptikti tik naudojant prietaisus, pavyzdžiui, jei dėl nežinomų priežasčių erdvėlaivis ar kitas kūnas – kometa ar asteroidas – pradeda keisti savo trajektoriją, tada greičiausiai jis buvo paveiktas gravitacinės jėgos Juodoji skylė. Valdomas kosminis objektas tokioje situacijoje turi skubiai įjungti visus variklius ir palikti pavojingos traukos zoną, o jei neužteks galios, tuomet jį neišvengiamai praris juodoji skylė.

Jei Saulė galėtų virsti juodąja skyle, tai planetos saulės sistema būtų Saulės gravitacinio spindulio viduje ir pritrauktų bei sugertų juos. Mūsų laimei, taip neatsitiks. tik labai didelės, masyvios žvaigždės gali virsti juodąja skyle. Saulė tam per maža. Evoliucijos procese Saulė greičiausiai taps išnykusia juodąja nykštuke. Kitos juodosios skylės, kurios jau yra kosmose mūsų planetai ir žemei erdvėlaivių nepavojingi – jie per toli nuo mūsų.

Populiariame seriale „Didžiojo sprogimo teorija“, kurį galite žiūrėti, nesužinosite nei Visatos kūrimo paslapčių, nei juodųjų skylių kosmose priežasčių. Pagrindiniai veikėjai yra aistringi mokslui ir darbui universiteto fizikos katedroje. Jie nuolat patenka į įvairias juokingas situacijas, kurias smagu stebėti.

Juodosios skylės yra vieninteliai kosminiai kūnai, galintys pritraukti šviesą gravitacijos būdu. Jie taip pat yra didžiausi objektai visatoje. Tikėtina, kad artimiausiu metu nesužinosime, kas vyksta netoli jų įvykių horizonto (žinomo kaip „negrįžimo taškas“). Tai yra daugiausia paslaptingos vietos mūsų pasaulio, apie kurį, nepaisant dešimtmečius trukusių tyrimų, iki šiol žinoma labai mažai. Šiame straipsnyje yra 10 faktų, kuriuos galima pavadinti labiausiai intriguojančiais.

Juodosios skylės neįsiurbia medžiagos.

Daugelis žmonių mano, kad juodoji skylė yra tam tikras „kosminis dulkių siurblys“, kuris traukia aplinkinę erdvę. Tiesą sakant, juodosios skylės yra įprasti kosminiai objektai, turintys išskirtinai stiprų gravitacinį lauką.

Jeigu Saulės vietoje atsirastų tokio pat dydžio juodoji skylė, Žemė nebūtų traukiama į vidų, ji suktųsi ta pačia orbita kaip ir šiandien. Žvaigždės, esančios šalia juodųjų skylių, praranda dalį savo masės žvaigždžių vėjo pavidalu (taip nutinka bet kurios žvaigždės egzistavimo metu), o juodosios skylės sugeria tik šią medžiagą.

Juodųjų skylių egzistavimą numatė Karlas Schwarzschildas

Karlas Schwarzschildas pirmasis pritaikė Einšteino bendrąją reliatyvumo teoriją, kad pateisintų „negrįžimo taško“ egzistavimą. Pats Einšteinas apie juodąsias skyles negalvojo, nors jo teorija leidžia numatyti jų egzistavimą.

Schwarzschildas pateikė savo pasiūlymą 1915 m., Kai Einšteinas paskelbė savo bendrąją reliatyvumo teoriją. Tada atsirado terminas „Schwarzschild spindulys“ – tai reikšmė, nurodanti, kiek reikia suspausti objektą, kad jis taptų juodąja skyle.

Teoriškai bet kas gali tapti juodąja skyle, jei pakankamai suspausta. Kuo objektas tankesnis, tuo stipresnis jis sukuria gravitacinį lauką. Pavyzdžiui, Žemė taptų juodąja skyle, jei žemės riešuto dydžio objektas turėtų savo masę.

Juodosios skylės gali sukurti naujas visatas

Mintis, kad juodosios skylės gali sukurti naujas visatas, atrodo absurdiška (juolab, kad vis dar nesame tikri dėl kitų visatų egzistavimo). Nepaisant to, tokias teorijas aktyviai kuria mokslininkai.

Labai supaprastinta vienos iš šių teorijų versija yra tokia. Mūsų pasaulis yra išskirtinis palankiomis sąlygomis už gyvybės atsiradimą joje. Jei kuri nors iš fizinių konstantų nors šiek tiek pasikeistų, mūsų nebūtų šiame pasaulyje. Juodųjų skylių išskirtinumas viršija įprastus fizikos dėsnius ir gali (bent jau teoriškai) sukurti naują visatą, kuri būtų kitokia nei mūsų.

Juodosios skylės gali jus (ir bet ką) paversti spagečiais

Juodosios skylės ištempia šalia jų esančius objektus. Šie objektai pradeda panašėti į spagečius (yra net specialus terminas – „spagetifikacija“).

Taip yra dėl gravitacijos veikimo būdo. Šiuo metu jūsų pėdos yra arčiau Žemės centro nei galva, todėl jos traukiamos stipriau. Juodosios skylės paviršiuje gravitacijos skirtumas pradeda veikti prieš jus. Kojos vis greičiau pritraukiamos prie juodosios skylės centro, todėl viršutinė liemens pusė negali nuo jų neatsilikti. Rezultatas: spagečiai!

Juodosios skylės laikui bėgant išgaruoja

Juodosios skylės ne tik sugeria žvaigždžių vėją, bet ir išgaruoja. Šis reiškinys buvo atrastas 1974 m. ir buvo pavadintas Hokingo spinduliuote (atradimą padariusio Stepheno Hawkingo vardu).

Laikui bėgant juodoji skylė gali atiduoti visą savo masę į aplinkinę erdvę kartu su šia spinduliuote ir išnykti.

Juodosios skylės sulėtina laiką aplink jas

Artėjant įvykių horizontui laikas lėtėja. Norint suprasti, kodėl taip nutinka, reikia kreiptis į „dvynių paradoksą“, minties eksperimentą, dažnai naudojamą pagrindiniams Einšteino bendrosios reliatyvumo teorijos principams iliustruoti.

Vienas iš brolių dvynių lieka Žemėje, o kitas išskrenda į kosminę kelionę, judėdamas šviesos greičiu. Grįžęs į Žemę dvynys pastebi, kad jo brolis paseno daugiau nei jis, nes judant artimu šviesos greičiui laikas slenka lėčiau.

Artėjant prie juodosios skylės įvykių horizonto judėsi su tokia didelis greitis kad laikas tau sulėtės.

Juodosios skylės yra pažangiausios elektrinės

Juodosios skylės generuoja energiją geriau nei Saulė ir kitos žvaigždės. Taip yra dėl aplink juos besisukančių reikalų. Įveikiant įvykių horizontą dideliu greičiu, juodosios skylės orbitoje esanti materija įkaista iki itin aukštos temperatūros. Tai vadinama juodojo kūno spinduliuote.

Palyginimui, adresu branduolių sintezė 0,7% medžiagos paverčiama energija. Netoli juodosios skylės 10% medžiagos tampa energija!

Juodosios skylės iškraipo erdvę aplink jas

Erdvę galima įsivaizduoti kaip ištemptą guminę juostą su nubrėžtomis linijomis. Jei ant lėkštės padėsite daiktą, jis pakeis savo formą. Juodosios skylės veikia taip pat. Ekstremali jų masė traukia prie savęs viską, taip pat ir šviesą (kurios spindulius, tęsiant analogiją, būtų galima pavadinti linijomis lėkštėje).

Juodosios skylės riboja žvaigždžių skaičių visatoje

Žvaigždės kyla iš dujų debesų. Kad prasidėtų žvaigždžių formavimasis, debesis turi atvėsti.

Juodųjų kūnų spinduliuotė neleidžia atvėsti dujų debesims ir neleidžia susidaryti žvaigždėms.

Teoriškai bet koks objektas gali tapti juodąja skyle.

Vienintelis skirtumas tarp mūsų saulės ir juodosios skylės yra gravitacijos stiprumas. Juodosios skylės centre jis yra daug stipresnis nei žvaigždės centre. Jei mūsų Saulė būtų suspausta iki maždaug penkių kilometrų skersmens, tai galėtų būti juodoji skylė.

Teoriškai bet kas gali tapti juodąja skyle. Praktikoje mes žinome, kad juodosios skylės atsiranda tik sugriuvus didžiulėms žvaigždėms, viršijančioms Saulės masę 20-30 kartų.

Tam, kad susidarytų juodoji skylė, reikia suspausti kūną iki tam tikro kritinio tankio, kad suspausto kūno spindulys būtų lygus jo gravitaciniam spinduliui. Šio kritinio tankio vertė yra atvirkščiai proporcinga juodosios skylės masės kvadratui.

Tipinei žvaigždžių masės juodajai skylei ( M=10M saulė) gravitacinis spindulys yra 30 km, o kritinis tankis yra 2·10 14 g/cm 3 , tai yra du šimtai milijonų tonų kubiniame centimetre. Šis tankis yra labai didelis, palyginti su vidutiniu Žemės tankiu (5,5 g/cm3), jis lygus atomo branduolio medžiagos tankiui.

Dėl juodosios skylės galaktikos šerdyje ( M=10 10 M saulė) gravitacinis spindulys yra 3 10 15 cm = 200 AU, tai yra penkis kartus didesnis už atstumą nuo Saulės iki Plutono (1 astronominis vienetas – vidutinis atstumas nuo Žemės iki Saulės – lygus 150 mln. km arba 1,5 10 13 cm). Kritinis tankis šiuo atveju lygus 0,2·10 -3 g/cm 3, o tai kelis kartus mažesnis už oro tankį, lygus 1,3·10 -3 g/cm 3 (!).

Žemei ( M=3 10 –6 M saulė) gravitacinis spindulys yra artimas 9 mm, o atitinkamas kritinis tankis yra nepaprastai didelis: ρ cr = 2·10 27 g/cm 3 , tai yra 13 dydžių kategorijų didesnis už atomo branduolio tankį.

Jeigu paimtume kokį nors įsivaizduojamą sferinį presą ir suspaustume Žemę, išlaikydami jos masę, tai keturis kartus sumažinus Žemės spindulį (6370 km), antrasis pabėgimo greitis padvigubės ir taps lygus 22,4 km/s. Jei suspaustume Žemę taip, kad jos spindulys būtų maždaug 9 mm, tada antrasis kosminis greitis įgaus reikšmę, lygią šviesos greičiui c= 300 000 km/s.

Toliau preso neprireiks – iki tokių matmenų suspausta Žemė jau pati susitrauks. Galiausiai vietoje Žemės susiformuos juodoji skylė, kurios įvykių horizonto spindulys bus artimas 9 mm (jei nepaisysime susidariusios juodosios skylės sukimosi). AT realiomis sąlygomis, be abejo, supergalingos spaudos nėra – gravitacija „veikia“. Štai kodėl juodosios skylės gali susidaryti tik tada, kai griūva labai masyvių žvaigždžių vidus, kur gravitacija yra pakankamai stipri, kad suspaustų medžiagą iki kritinio tankio.

Žvaigždžių evoliucija

Juodosios skylės susidaro paskutinėse masyvių žvaigždžių evoliucijos stadijose. Paprastų žvaigždžių gelmėse vyksta termobranduolinės reakcijos, išsiskiria didžiulė energija ir palaikoma aukšta temperatūra (dešimtys ir šimtai milijonų laipsnių). Gravitacinės jėgos linkusios suspausti žvaigždę, o karštų dujų ir spinduliuotės slėgio jėgos priešinasi šiam suspaudimui. Todėl žvaigždė yra hidrostatinėje pusiausvyroje.

Be to, žvaigždė gali būti šiluminėje pusiausvyroje, kai energijos išsiskyrimas dėl termobranduolinių reakcijų jos centre yra tiksliai lygus galiai, kurią žvaigždė skleidžia iš paviršiaus. Žvaigždei susitraukiant ir plečiantis, sutrinka šiluminė pusiausvyra. Jei žvaigždė stovi, tada jos pusiausvyra nustatoma taip, kad žvaigždės neigiama potencinė energija (gravitacinio susitraukimo energija) visada yra dvigubai didesnė už šiluminę energiją absoliučia verte. Dėl šios priežasties žvaigždė turi nuostabi nuosavybė- neigiama šiluminė talpa. Paprasti kūnai turi teigiamą šiluminę talpą: įkaitęs geležies gabalas atvėsęs, tai yra prarasdamas energiją, sumažina savo temperatūrą. Žvaigždėje yra atvirkščiai: kuo daugiau energijos ji praranda spinduliuotės pavidalu, tuo aukštesnė temperatūra jos centre.

Ši iš pirmo žvilgsnio keista savybė randa paprastą paaiškinimą: žvaigždė, spinduliuodama, lėtai traukiasi. Suspaudus, potencinė energija paverčiama krintančių žvaigždės sluoksnių kinetine energija, o jos vidus įkaista. Ir šiluminė energija, kurią žvaigždė gauna dėl suspaudimo, yra dvigubai didesnė nei energija, kuri prarandama spinduliuotės pavidalu. Dėl to pakyla žvaigždės vidaus temperatūra, vyksta nuolatinė termobranduolinė sintezė. cheminiai elementai. Pavyzdžiui, vandenilio pavertimo heliu reakcija dabartinėje Saulėje vyksta 15 milijonų laipsnių temperatūroje. Kai po 4 milijardų metų visas Saulės centre esantis vandenilis virsta heliu, tolesniam anglies atomų susiliejimui iš helio atomų reikės daug aukštesnės temperatūros, apie 100 milijonų laipsnių ( elektros krūvis helio branduolių yra dvigubai daugiau nei vandenilio branduolių, o norint suartinti helio branduolius 10–13 cm atstumu, reikia daug aukštesnės temperatūros). Būtent ši temperatūra bus užtikrinta dėl neigiamos Saulės šiluminės talpos iki jos gelmių užsidegimo termobranduolinės reakcijos metu, kai helis virsta anglimi.

baltieji nykštukai

Jei žvaigždės masė maža, tai jos šerdies masė, veikiama termobranduolinių virsmų, yra mažesnė nei 1,4 M saulė , cheminių elementų termobranduolinė sintezė gali sustoti dėl vadinamojo elektronų dujų išsigimimo žvaigždės šerdyje. Visų pirma, išsigimusių dujų slėgis priklauso nuo tankio, bet nepriklauso nuo temperatūros, nes elektronų kvantinių judesių energija yra daug didesnė nei jų šiluminio judėjimo energija.

Didelis išsigimusių elektronų dujų slėgis veiksmingai neutralizuoja gravitacinio susitraukimo jėgas. Kadangi slėgis nepriklauso nuo temperatūros, žvaigždės energijos praradimas spinduliuotės pavidalu nesuspaudžia jos šerdies. Todėl gravitacinė energija neišsiskiria kaip papildoma šiluma. Todėl temperatūra besivystančiame išsigimstančiame branduolyje nekyla, todėl nutrūksta termobranduolinių reakcijų grandinė.

Išorinis vandenilio apvalkalas, nepaveiktas termobranduolinių reakcijų, atsiskiria nuo žvaigždės šerdies ir sudaro planetinį ūką, švytintį vandenilio, helio ir kitų elementų emisijos linijose. Centrinė kompaktiška ir santykinai karšta išsivysčiusios mažos masės žvaigždės šerdis yra baltoji nykštukė – objektas, kurio spindulys lygus Žemės spinduliui (~ 10 4 km), kurio masė mažesnė nei 1,4 M saulės ir vidutinis tankis yra maždaug tonos kubiniame centimetre. Jame matyti baltieji nykštukai dideliais kiekiais. Bendras jų skaičius Galaktikoje siekia 10 10, tai yra apie 10% visos stebimos medžiagos masės Galaktikoje.

Termobranduolinis degimas išsigimusioje baltojoje nykštukėje gali būti nestabilus ir sukelti gana masyvios baltosios nykštukės branduolinį sprogimą, kurios masė artima vadinamajai Chandrasekhar ribai (1,4). M saulė). Tokie sprogimai atrodo kaip I tipo supernovos sprogimai, kurių spektre nėra vandenilio linijų, o tik helio, anglies, deguonies ir kitų sunkiųjų elementų linijos.

neutroninės žvaigždės

Jei žvaigždės šerdis yra išsigimusi, tada jos masei artėjant prie 1,4 ribos M saulė įprastą elektronų dujų išsigimimą branduolyje pakeičia vadinamoji reliatyvistinė degeneracija.

Degeneruotų elektronų kvantiniai judesiai tampa tokie greiti, kad jų greitis artėja prie šviesos greičio. Tokiu atveju mažėja dujų elastingumas, mažėja jų gebėjimas atsispirti gravitacijos jėgoms ir žvaigždė patiria gravitacinį kolapsą. Žlugimo metu elektronus pagauna protonai, o medžiaga neutronizuojama. Dėl to iš masyvios išsigimusios šerdies susidaro neutroninė žvaigždė.

Jei pradinė žvaigždės šerdies masė viršija 1,4 M saulė , tada branduolyje pasiekiama aukšta temperatūra, o elektronų degeneracija nevyksta per visą jo evoliuciją. Šiuo atveju veikia neigiama šiluminė talpa: žvaigždei prarandant energiją spinduliuotės pavidalu, jos gelmėse pakyla temperatūra, vyksta nenutrūkstama termobranduolinių reakcijų grandinė, kurios vandenilį paverčia heliu, helį – anglimi, anglį – deguonimi, ir taip toliau, iki geležies grupės elementų. Sunkesnių už geležį elementų branduolių termobranduolinės sintezės reakcija vyksta jau ne su energijos išsiskyrimu, o su absorbavimu. Todėl, jei žvaigždės šerdies, kurią daugiausia sudaro geležies grupės elementai, masė viršija Chandrasekhar ribą 1,4 M saulė , bet mažesnė už vadinamąją Oppenheimerio–Volkovo ribą ~3 M saulė , tada žvaigždės branduolinės evoliucijos pabaigoje įvyksta gravitacinis šerdies kolapsas, dėl kurio išsilieja išorinis žvaigždės vandenilio apvalkalas, kuris stebimas kaip blyksnis supernova II tipas, kurio spektre stebimos galingos vandenilio linijos.

Geležies šerdies žlugimas veda į neutroninės žvaigždės susidarymą.

Suspaudus vėlyvą evoliucijos etapą pasiekusios žvaigždės masyvią šerdį, temperatūra pakyla iki milžiniškų, milijardo laipsnių dydžio verčių, kai atomų branduoliai pradeda byrėti į neutronus ir protonus. Protonai sugeria elektronus, virsta neutronais ir išskiria neutrinus. Neutronai pagal Pauli kvantinį mechaninį principą stipriai suspaudžiami pradeda efektyviai atstumti vienas kitą.

Kai griūvančio branduolio masė mažesnė nei 3 M saulė , neutronų greitis yra daug mažesnis už šviesos greitį, o medžiagos elastingumas dėl efektyvaus neutronų atstūmimo gali subalansuoti gravitacijos jėgas ir lemti stabilios neutroninės žvaigždės susidarymą.

Pirmą kartą neutroninių žvaigždžių egzistavimo galimybę 1932 m. numatė puikus sovietų fizikas Landau iškart po neutrono atradimo laboratoriniais eksperimentais. Neutroninės žvaigždės spindulys yra arti 10 km, jos vidutinis tankis – šimtai milijonų tonų kubiniame centimetre.

Kai griūvančios žvaigždės šerdies masė didesnė nei 3 M saulė , tada, remiantis esamomis idėjomis, susidariusi neutroninė žvaigždė, atvėsusi, subyra į juodąją skylę. Neutroninės žvaigždės griūtį į juodąją skylę taip pat palengvina supernovos sprogimo metu nukritusi žvaigždės apvalkalo dalis.

Neutroninė žvaigždė linkusi greitai suktis, nes normali žvaigždė, kuri ją pagimdė, gali turėti didelį kampinį impulsą. Kai žvaigždės šerdis subyra į neutroninę žvaigždę, būdingi žvaigždės matmenys mažėja nuo R= 10 5 –10 6 km iki R≈ 10 km. Mažėjant žvaigždės dydžiui, mažėja jos inercijos momentas. Norint išlaikyti kampinį momentą, ašinio sukimosi greitis turi smarkiai padidėti. Pavyzdžiui, jei Saulė, kuri sukasi maždaug per mėnesį, yra suspausta iki neutroninės žvaigždės dydžio, tada sukimosi periodas sumažės iki 10–3 sekundžių.

Pavienės neutroninės žvaigždės, turinčios stiprų magnetinį lauką, pasireiškia kaip radijo pulsarai - griežtai periodinių radijo spinduliuotės impulsų šaltiniai, atsirandantys, kai greito neutroninės žvaigždės sukimosi energija paverčiama nukreipta radijo spinduliuote. Dvejetainėse sistemose besikaupiančios neutroninės žvaigždės pasižymi rentgeno pulsaro ir 1 tipo rentgeno spindulių pliūpsnio reiškiniu.

Negalima tikėtis griežtai periodiškų juodosios skylės spinduliuotės pulsacijų, nes juodoji skylė neturi matomo paviršiaus ir magnetinis laukas. Kaip dažnai išreiškia fizikai, juodosios skylės neturi „plauko“ – visi laukai ir visi nehomogeniškumas šalia įvykių horizonto yra išspinduliuojami juodajai skylei formuojantis iš griūvančios medžiagos gravitacinių bangų srauto pavidalu. Dėl to susidariusi juodoji skylė turi tik tris charakteristikas: masę, kampinį momentą ir elektros krūvį. Pamirštamos visos atskiros griūvančios medžiagos savybės formuojantis juodajai skylei: pavyzdžiui, juodosios skylės, susidarančios iš geležies ir iš vandens, turi tas pačias charakteristikas.

Kaip prognozuoja bendrasis reliatyvumas (GR), žvaigždės, kurių geležies šerdies masė jų evoliucijos pabaigoje viršija 3 M saulė, patirkite neribotą suspaudimą (reliatyvistinį kolapsą) susidarant juodajai skylei. Tai paaiškinama tuo, kad bendrojoje reliatyvumo teorijoje gravitacines jėgas, linkusias suspausti žvaigždę, lemia energijos tankis, o esant milžiniškiems medžiagų tankiams, pasiekiamiems suspaudžiant tokią masyvią žvaigždės šerdį, pagrindinis indėlis į energijos tankį nėra įnešamas. pagal dalelių poilsio energiją, bet pagal jų judėjimo ir sąveikos energiją. Pasirodo, bendrojoje reliatyvumo teorijoje medžiagos slėgis esant labai dideliam tankiui tarsi „pasveria“ save: kuo didesnis slėgis, tuo didesnis energijos tankis, taigi, tuo didesnės gravitacinės jėgos, linkusios materiją suspausti. Be to, esant stipriam gravitaciniam laukui, iš esmės svarbus tampa erdvės ir laiko kreivumo poveikis, kuris taip pat prisideda prie neriboto žvaigždės branduolio suspaudimo ir pavertimo juodąja skyle (3 pav.).

Baigdami pažymime, kad mūsų eroje susiformavusios juodosios skylės (pavyzdžiui, juodoji skylė Cygnus X-1 sistemoje), griežtai tariant, nėra šimtaprocentinės juodosios skylės, nes dėl reliatyvistinio laiko sulėtėjimo tolimas stebėtojas, jų įvykių horizontai vis dar nesusiformavę. Tokių griūvančių žvaigždžių paviršiai žemiškajam stebėtojui atrodo sustingę, be galo ilgam artėjant prie įvykių horizonto.

Kad juodosios skylės iš tokių griūvančių objektų susidarytų visiškai, turime visko laukti neribotą laiką didelis laikas mūsų visatos egzistavimą. Tačiau reikia pabrėžti, kad jau pirmosiomis reliatyvistinės griūties sekundėmis griūvančios žvaigždės paviršius stebėtojui iš Žemės priartėja labai arti įvykių horizonto ir visi procesai šiame paviršiuje sulėtėja be galo.