Вам нужен реферат?
Интересует Естествознание?
Оставьте заявку
на Реферат
Получите бесплатную
консультацию по
написанию
Сделайте заказ и
скачайте
результат на сайте
1
2
3

Стадии образования чёрных дыр

  • 18 страниц
  • 14 источников
  • Добавлена 18.05.2009
350 руб. 700 руб.
  • Содержание
  • Часть работы
  • Список литературы
  • Вопросы/Ответы
Содержание

Введение
1. Возникновение понятия черной дыры в физике. Общая теория относительности.
2. Начальные стадии образования черной дыры. Нейтронная звезда.
3. Гравитационный коллапс нейтронной звезды
4. Практические методы обнаружения черных дыр в астрономии.
Выводы
Список использованной литературы.

Фрагмент для ознакомления

Любопытно отметить, что последние 109 г черная дыра излучает за 0,1 с. За это время вырабатывается энергия около 1030 Дж, соответствующая энергии взрыва миллиона мегатонных водородных бомб! Время жизни черной дыры определяемое таким процессом испарения, будет равно:
(3.8).
Отсюда видно, что если черные дыры образовались ~ 1010 лет тому назад, когда Вселенная была очень маленькая и плотная, то до нашей эпохи могли «дожить» только такие дыры, масса которых больше 1015 г. Именно такие дыры (если они, конечно, существуют) и должны «взрываться» в наше время. Из того факта, что таких вспышек мы не наблюдаем, можно сделать вывод, что по крайней мере в Солнечной системе таких «реликтов» нет и что только очень малая часть массы Вселенной может находиться в форме малых черных дыр. Любопытно отметить, что у черной дыры с массой 1015 г, т. е. миллиард тонн, гравитационный радиус ~ 10-13 см, что близко к классическому радиусу электрона...
Огромный теоретический интерес представляет характер коллапса с точки зрения воображаемого наблюдателя, находящегося на коллапсировавшем теле. Как уже говорилось, момент прохождения сжимающейся звездой сферы Шварцшильда для такого наблюдателя ничем не примечателен. Хотя полной ясности по поводу судьбы сжимающейся звезды у ученых пока нет, все же не видно причин, почему бы ей не сжаться в точку. Ученые в последнее время высказывали предположение, что процесс сжатия может прекратится при плотности ~ 1093 г/см3. При таких плотностях должны становиться существенными квантовые явления в сильных гравитационных полях, хотя что это такое, никто толком сейчас не знает. Разумеется, как уже подчеркивалось выше, с точки зрения внешнего наблюдателя такая ситуация никогда не реализуется. Но это не значит, что обсуждение этой проблемы лишено какого бы то ни было физического смысла. Ведь шварцшильдовская сфера существует отнюдь не только у звезд. Любая масса, в частности, сколь угодно большая, имеет свой гравитационный радиус. Известно, что если бы средняя плотность вещества во Вселенной превосходила ~ 10-29 г/см3, Вселенная была бы замкнутой. Но это то же самое, что вся Вселенная находилась бы под своим гравитационным радиусом. Сейчас нельзя исключить возможность, того, что если не вся Вселенная, то ее отдельные, достаточно большие и массивные части находятся внутри своих шварцшильдовских сфер. Например, некоторые теоретики считают, что в ядрах галактик имеются весьма массивные черные дыры.



4. Практические методы обнаружения черных дыр в астрономии.

Одной из важных задач астрофизики является практическое обнаружение черных дыр, точнее неких космических объектов, которые по своим характеристикам могут быть черными дырами.
В принципе сейчас можно указать, по крайней мере, на три вида таких наблюдений:
1. Поиски «невидимых» черных дыр в двойных (или кратных) звездных системах.
2. Поиски черных дыр в двойных звездных системах, являющихся мощными источниками рентгеновского излучения.
3. Поиски гравитационного излучения, сопутствующего коллапсу.
Что касается поисков невидимых, но достаточно массивных компонентов в двойных системах, то следует заметить, что эта задача столь же трудна, как и неопределенна. Хотя в последние годы обращалось внимание на несколько «подозрительных» двойных систем (в том числе знаменитая система Лиры, а также Близнецов, Водолея и ряд других объектов), результаты их анализа все же не отличаются определенностью, а главное, однозначностью. Ведь «невидимость» массивной компоненты не обязательно объясняется ее «чернодырной» природой. Звезды обнаруживают удивительное разнообразие характеристик, особенно в двойных системах. Кроме того, нельзя исключить возможность того, что вокруг «подозреваемой» звезды имеется пылевое облако, делающее ее невидимой.
Значительно более перспективными представляются попытки обнаружить черные дыры в тесных двойных системах по рентгеновскому излучению одной из компонент.
Можно представить тесную двойную систему, одной из компонент которой является черная дыра. «Оптическая» компонента у такой системы может заполнять свою полость Роша и мощная струя газа будет падать на черную дыру.
Явление падения струи газа на поверхность звезды под действием ее гравитационного поля носит название аккреции. Явление аккреции широко распространено в двойных звездах, где оно является причиной появления мощного рентгеновского излучения.
Так как струя газа несет с собой большой вращательный момент, то она образует вокруг черной дыры быстро вращающийся газовый диск. Частицы, образующие диск, будут вращаться вокруг черной дыры приблизительно по закону Кеплера. Из-за вязкости частицы диска будут непрерывно терять вращательный момент и часть их будет постепенно «оседать» в черную дыру. В процессе такого оседания, как можно показать, газ будет излучать во внешнее пространство часть своей гравитационной потенциальной энергии.
В процессе оседания газа в черную дыру температура внутренних частей диска станет очень высокой. Такой диск может быть мощным источником рентгеновского излучения. Мощность и спектр излучения в первом приближении такие же, как и от нейтронных звезд - рентгеновских пульсаров. Разумеется, рентгеновское излучение при аккреции газа на черную дыру не может носить характер строго периодических импульсов. Но ведь далеко не все рентгеновские пульсары – нейтронные звезда – излучают «секундные» импульсы. Этому может, например, помешать сильное рассеяние или «неблагоприятная» (по отношению к земному наблюдателю) ориентация оси вращения нейтронной звезды. В то же время рентгеновский источник – горячий компактный диск, вращающийся вокруг нейтронной звезды, может из-за своего орбитального движения вокруг «оптической компоненты» периодически затмеваться точно так же, как и рентгеновский пульсар.
Таким образом, в принципе, среди рентгеновских источников – компонент тесных двойных систем могут быть и черные дыры. Решающий тест, позволяющий отличить черную дыру от нейтронной звезды, состоит в определении массы такого рентгеновского источника. К сожалению, эта задача оказывается далеко не простой. Из зависимости лучевых скоростей оптической звезды от времени, вызванной ее орбитальным движением вокруг центра тяжести системы, можно получить только функцию массы, но отнюдь не массу «невидимого» рентгеновского источника. Если бы рентгеновский источник имел пульсирующую строго периодическую компоненту, то в сочетании с анализом кривой лучевых скоростей оптической компоненты можно было бы определить массы каждой из компонент. Но в случае рентгеновского источника, связанного с черной дырой, пульсирующей компоненты в рентгеновском излучении не может быть. При такой ситуации приходится применять разного рода косвенные методы, далеко не всегда надежные.
Уже несколько лет обсуждается возможность того, что яркий рентгеновский источник Лебедь Х-1 обусловлен черной дырой. Как известно, этот источник надежно отождествляется с яркой звездой класса В, у которой длины волн спектральных линий меняются с периодом 5,6 дня. И вот появилось сообщение, что длина волны линии излучения ионизованного гелия в спектре этой звезды меняется с тем же периодом, но с противоположной фазой. Если бы эти наблюдения подтвердились, то естественно было бы считать, что эта линия излучения возникает не в атмосфере «оптической» звезды, а в газовой струе около рентгеновского источника или в окружающем его диске. Тогда понятно, почему изменения лучевых скоростей этой линии противоположны по фазе изменениям лучевых скоростей других линий. Из измеренного отношения амплитуд лучевых скоростей, как легко понять, непосредственно находится отношение масс. Так как масса оптической звезды класса В около 20М(, а отношение амплитуд лучевых скоростей оказалось равным 1 : 2, то сразу же следовал важнейший вывод, что масса рентгеновской звезды около 10 М(. Так как верхний предел массы нейтронных звезд около 2,5 М(, то выходило, что источник Лебедь Х-1 – черная дыра. Большинство исследователей считают, что компактная рентгеновская компонента Лебедя Х-1 имеет массу, превышающую шесть солнечных, следовательно, является черной дырой.
Но этот результат нуждается в проверке и уточнении. Обнаружение других возможных кандидатов в «черные дыры» еще впереди.
















Выводы

Еще двадцать лет назад мало кто верил в саму возможность существования черных дыр. Гипотеза о черных дырах привлекла к себе внимание после открытия нейтронных звезд. И удивительное дело - черные дыры сразу "пришлись ко двору" в астрофизике. Им нашлось место не только в виде остатков при вспышках сверхновых, но и в ядрах шаровых скоплений, галактик и квазаров.
После открытия Хокингом явления квантового испарения черных дыр особое значение приобрел вопрос о космологической роли малых черных дыр. Гипотеза об элементарных черных дырах (максимонах) не только интересна своими возможными космологическими следствиями, но и существенна для физики элементарных частиц. Виртуальные черные дыры станут, вероятно, важным элементом будущей квантовой теории гравитации. Исследование свойств черных дыр привело к обнаружению глубоких связей между гравитацией, квантовой теорией и термодинамикой. Все это (и в особенности факт, что участие черных дыр в физических процессах приводит к ряду качественно новых закономерностей) привело к возникновению за последние 10 - 15 лет, по сути дела, новой области физики – физики черных дыр со своим объектом исследования и своими проблемами. Последние зачастую носят очень фундаментальный характер, а объект настолько удивителен, что эта область привлекает внимание многочисленных исследователей.
В работе основном внимание было уделено процессам образования черных дыр, стадиям их образования и тому, на основе чего и возникают черные дыры. Не затрагивая особо математику, рассчитано критическую массу образования черной дыры и ее гравитационный радиус. Также рассмотрено методы обнаружения черных дыр и несколько препендентов на роль такого объекта.
Физика черных дыр – наука молодая и быстро развивающаяся. Хочется надеяться, что в этом развитии не только устранятся существующие в настоящее время неясности, но и что она сможет порадовать физиков новыми, быть может, еще более неожиданными результатами.










Список использованной литературы.

Бисноватый-Коган И. С. Физические фопросы звездной эволюции. – М.: Наука, 1989. – 482 с.
Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной. 8-е изд. М.: Наука, 1980, 248 с.
Гиндилис Л.М. 1990. Андрей Дмитриевич Сахаров и поиски внеземных цивилизаций // Земля и Вселенная. 1990. N 6. С. 63-67.
Ефремов И. Н. Из глубины Вселенной.
248 с. . льяминов Б. А. Очерки о вселенной. массы, радиуса и т.п. с временем жизни самой звезды. ии характера звезд М.: Наука, 1984, 196 с.
Климишин И. А. Астрономия наших дней. 3-е изд. М.: Наука, 1986, 286 с.
Климишин И. А. Открытие Вселенной. 2-е изд. М.: Наука, 1992, 248 с.
Климишин А. В. Астрономия. М.: Наука, 1992., 237 с.
Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс астрономии: Учебное пособие. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 544 с.
Новиков И. Д. Энергетика черных дыр. – М.: Знание, 1986. 57 с.
Новиков И. Д., Фролов И. П. Физика черных дыр. – М.: Наука, 1986. – 322 с.
Рис М., Руффини Р., Уиллер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. Введение в современные исследования. Пер с англ. – М.: мир, 1977. – 376 с.
Чернин А. Д. Звезды и физика. Библиотека «Квант». – М.: Наук, 1984. – 164 с.
Шапиро С., Тьюколски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. В 2-х т. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.
Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984, 342 с.












18

Список использованной литературы.

1.Бисноватый-Коган И. С. Физические фопросы звездной эволюции. – М.: Наука, 1989. – 482 с.
2.Воронцов-Вельяминов Б. А. Очерки о вселенной. 8-е изд. М.: Наука, 1980, 248 с.
3.Гиндилис Л.М. 1990. Андрей Дмитриевич Сахаров и поиски внеземных цивилизаций // Земля и Вселенная. 1990. N 6. С. 63-67.
4.Ефремов И. Н. Из глубины Вселенной. М.: Наука, 1984, 196 с.
5.Климишин И. А. Астрономия наших дней. 3-е изд. М.: Наука, 1986, 286 с.
6.Климишин И. А. Открытие Вселенной. 2-е изд. М.: Наука, 1992, 248 с.
7.Климишин А. В. Астрономия. М.: Наука, 1992., 237 с.
8.Кононович Э. В., Мороз В. И. Общий курс астрономии: Учебное пособие. – М.: Едиториал УРСС, 2004. – 544 с.
9.Новиков И. Д. Энергетика черных дыр. – М.: Знание, 1986. 57 с.
10.Новиков И. Д., Фролов И. П. Физика черных дыр. – М.: Наука, 1986. – 322 с.
11.Рис М., Руффини Р., Уиллер Дж. Черные дыры, гравитационные волны и космология. Введение в современные исследования. Пер с англ. – М.: мир, 1977. – 376 с.
12.Чернин А. Д. Звезды и физика. Библиотека «Квант». – М.: Наук, 1984. – 164 с.
13.Шапиро С., Тьюколски С. Черные дыры, белые карлики и нейтронные звезды. В 2-х т. Пер. с англ. – М.: Мир, 1985.
14.Шкловский И. С. Звезды: их рождение, жизнь и смерть. 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984, 342 с.

Введение в физику черных дыр

ВВЕДЕНИЕ В ФИЗИКУ ЧЕРНЫХ ДЫР

СОДЕРЖАНИЕ

Особенности сил тяготения
Что такое черная дыра?
Краткие сведения об общей теории относительности Эйнштейна
Сферически-симметричный гравитационный коллапс
Вращающиеся и заряженные черные дыры
Общие характеристики черных дыр
Эволюция звезд и черные дыры
Как обнаружить черную дыру?
Энергетика черных дыр
Квантовые эффекты в черных дырах
Первичные черные дыры
Черные дыры, термодинамика, информация
Что находится внутри черной дыры?
Вместо заключения: проблемы и гипотезы
Литература

ОСОБЕННОСТИ СИЛ ТЯГОТЕНИЯ

Одним из наиболее удивительных предсказаний теории тяготения Эйнштейна является возможность существования черных дыр — компактных массивных объектов, обладающих столь сильным гравитационным полем, что никакие физические тела, никакие сигналы не могут вырваться из них наружу. И хотя черные дыры с полной уверенностью пока еще не открыты, есть много причин, которые привлекли в последние годы внимание ученых. По-видимому, наиболее важной из них является то, что обнаружение черных дыр имело бы значение, далеко выходящее за рамки астрофизики, поскольку речь идет не об открытии еще одного, быть может, довольно удивительного астрофизического объекта, а о проверке правильности наших представлений о свойствах пространства и времени в сильных гравитационных полей.

Теоретические исследования свойств черных дыр и возможных следствий гипотезы об их существовании особенно интенсивно развивалась в последние 15 Лет. Наряду с изучением этих особенностей черных дыр, которые важны для понимания возможных астрофизических проявлений, теоретические исследования позволили обнаружить ряд неожиданных моделей, ирису-1Дих физическим взаимодействиям с участием черных Дыр и установить глубокую связь физики черных дыр. Таким образом, на первый взгляд, далеко областях, как, Термодинамика и теория информации. О черных дырах, их месте в астрофизике и об их удивительных свойствах и пойдет речь ниже.

Наиболее "слабые" взаимодействия. За возникновение черных дыр ответственны силы тяготения, вероятно, самого удивительного из всех известных физике взаимодействий, Начнем с того, что взаимодействие гравитационное — самое слабое. О его слабости, можно судить,

например, через этот факт. Если принять за единицу энергию ядерного (сильного) взаимодействия между двумя протонами на расстоянии порядка размера протона, 2*10-14 см, то энергия их электромагнитного взаимодействия будет в e2/hc~1/137 Раз (-h - аш с чертой) меньше, энергия слабого взаимодействия достигает 10-5, а энергия гравитационного притяжения составит всего лишь 10-38. И несмотря на это, сила гравитации, не только были открыты первые, а закон Ньютона, описывающий эти силы, послужил отправной точкой для описания других взаимодействий, но и в подавляющем большинстве, в том числе явлений в астрофизике и космологии гравитация играет основную роль. Причина этого состоит в том, что гравитация имеет ряд замечательных свойств, ведущих к более укрепить, чтобы не быть которого, в это взаимодействие, скорее всего, в целом, не был бы открыт. Какие свойства?

Узнать стоимость работы