"Чёрные дыры" Вселенной

(информация к конкурсу "Интернет и Мы")

Ещё в школе мы узнали, что звёзды - это гигантские газовые шары, в которых бушуют термоядерные реакции. Нечто вроде гигантских водородных бомб, много лет находящихся в состоянии перманентного взрыва.

            Рождается звезда тогда, когда рассеянные в пространстве пыль и газ под действием сил притяжения собираются в огромное облако. Оно начинает вращаться, и, вращаясь, сжимается. Образуется громадный ком материи - протозвезда, зародыш будущего светила. С увеличением плотности в центре такого зародыша растёт температура, и в нём начинаются сложные термоядерные реакции. Ком становится звездой.

Когда мы глядим на небо невооружённым глазом, все звёзды кажутся нам примерно одинаковыми. Разве что одни поярче, другие не такие яркие. На самом деле - совсем не так. Есть звёзды, внутри которых могла бы поместиться вся наша солнечная система с её центральным светилом и всеми планетами на своих орбитах, включая далёкий Плутон. Это красные гиганты и сверхгиганты.

             Если звезда мала, как наше Солнце, или меньше, то её жизнь протекает довольно безмятежно. другое дело звёзды более массивные. Чем больше в них водорода, тем активнее идут реакции и тем быстрее их водород "выгорает". Давление излучения в недрах такой звезды при этом падает, и силы тяготения начинают сжимать раскалённый шар. Энергия сжатия снова разогреет звезду. Температура в ядре вырастет, а в расширяющейся оболочке упадёт. Белая звезда становится сначала жёлтой, а затем красной. верхние слои ёё атмосферы как бы вспухают, расширяются, становясь всё более разреженными. Звезда превращается в красный гигант или сверхгигант, становится неустойчивой и возможен взрыв.

             Если звезда не намного тяжелее Солнца, то распухшее небесное тело медленно сожмётся под действием собственной тяжести и превратится в белый карлик. То есть в  звезду с той же массой, но по размеру... меньше нашей планеты. Напёрсток вещества, наполненный веществом белого карлика потянет на земных весах несколько тонн.

А вот звёзды значительно тяжелее Солнца почему-то взрывоопасны. Причём некоторые из них, взорвавшись, выделяют такое количество энергии, что по яркости соперничают с галактикой.

             Но даже такой взрыв - не конец существования небесного тела. Оболочка звезды разлетается, а её ядро под действием сил тяготения сжимается уже не до плотности белого карлика, а до предсказанного советским физиком Ландау ещё более плотного нейтринного состояния.

             Нейтрон - это довольно нестабильная нейтральная элементарная частица с временем жизни около 16 минут. Но это в обычных условиях. По мнению Ландау, в недрах выгоревших звёзд нейтроны могут жить дольше. Позже швейцарский астрофизик Цвикки развил эту гипотезу и пришёл к выводу, что в результате взрыва звезды внешние слои её проваливаются до самого центра и образуется целиком сверхплотное небесное тело. состоящее почти из одних нейтронов. Причём масса звезды остаётся почти той же самой, а объём - в тысячи раз уменьшается!

  У съёжившегося "остатка" плотность поля тяготения становится такой большой, что кванты света не могут его преодолеть. Для внешнего наблюдателя такая звезда исчезает, будто гаснет на небосклоне. А на самом деле процесс её сжатия, её обрушения называется гравитационным коллапсом, то есть гравитационной смертью звезды. Невидимый сверхплотный "остаток", по прежнему притягивающий к себе окружающие небесные тела, называется чёрной дырой.

             Но и чёрная дыра тоже может быть ещё не финалом. Представим себе, что процесс продолжается. в сверхплотных недрах этих совсем небольших по размерам комков вещества (бывших звёзд) бушуют сверхвысокие температуры. Наступает момент, когда уже и нейтрино не могут выбраться за пределы их поля притяжения.

             Напомним, что нейтрино - это устойчивая незаряженная частица с нулевой массой покоя. Она так слабо взаимодействует с любым веществом, что, встретив на своём пути, например, Землю, пролетит её насквозь, почти не заметив.

Дальше нейтронная звезда переходит в новое, так называемое гиперонное состояние. То есть при той же массе сжимается ещё больше. А гипероны - это тоже нестабильные элементарные частицы, но с массами и временем жизни большими, чем у нейтронов. Такое превращение даёт начало образованию барионной звезды, объём которой должен быть вообще не больше теннисного мяча. Барионами (от греч. "барис" - тяжёлый) называют тяжёлые частицы. К ним относятся и гипероны.

Наконец, самая последняя стадия - когда барионы раздавливаются и превращаются в кварки. Это частицы, из которых состоят все элементарные частицы, участвующие в атомных взаимодействиях. Вот теперь бывшая звезда - красный сверхгигант - сжимается в точку...  

Чёрная дыра проглотила 300 млн. звёзд

Астрономы зарегистрировали самый мощный взрыв в истории наблюдений за Вселенной - черная дыра поглотила громадный кусок материи. Расчеты, сделанные на основе наблюдений, говорят о том, что эти космические чудища могут замедлять формирование звезд.

Запечатлеть глобальный космический катаклизм удалось специалистам из американской обсерватории Chandra - статья об этом событии появилась сегодня в авторитетном журнале Nature. На снимках, сделанных через мощные телескопы, видно, как гигантская черная дыра массой около миллиарда солнц (!) пожирает кусок материи.

Из-за своего вращения прожорливая бездна разбросала большую часть "обеда" вокруг в виде горячего газа. Он разлетелся в окружающее пространство в виде двух симметричных облаков размером по 650 тыс. световых лет каждое, которые хорошо видны на снимке.

В первую очередь ученых поразил сам масштаб события. Исходя из того, что в таких случаях доля испускаемого вещества составляет около 10% общей массы, специалисты подсчитали, что "проглочено" было 300 млн масс Солнца, а газ, который разметало вокруг, весит больше, чем вся наша Галактика. "Я был ошеломлен", - рассказывает Брайн МакНамара, один из авторов статьи.

На второй интересный вопрос - что же провалилось в черную дыру - астрономы пока не дали четкого ответа. Возможными участниками космической катастрофы могут быть либо небольшая галактика, либо, что было бы еще более удивительным, вторая черная дыра. Последнее предположение выдвинул Пол Налсен из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона.

Ученым не впервой наблюдать подобные глобальные события. В феврале меньшая по размеру черная дыра разорвала одну из звезд в галактике RXG-242-11. Но тот случай стал просто еще одним подтверждением правоты Эйнштейна, который предсказал существование таких космических чудищ. А из "сегодняшнего" катаклизма (который на самом деле длился около 100 млн лет) астрономы сделали сразу два вывода об эволюции Вселенной.

Заснятый взрыв, конечно, не самый мощный за всю историю нашего мира, но сильнейший из всех, которые удавалось наблюдать. До сих пор ученые полагали, что события такого масштаба - дело куда более далекого прошлого, когда пространство было населено гуще. Кроме того, явление проливает свет на механизм формирования звезд в галактиках - в реальности это происходит несколько реже, чем предсказывает теория. Раньше считалось, что после охлаждения до определенной температуры вещество обязательно должно слипнуться в звезды. Однако если такие взрывы подпитывают его энергией, то это необязательно.