Вселенная и процессы в ней

его уплотнение. Вслед за ним наступает этап быстрого сжатия. В его начале радиус протозвезды примерно в миллион раз больше солнечного. Она совершенно не прозрачна для видимого света, не прозрачна для инфракрасного излучения с длиной волны больше 10 мкм. Излучение уносит излишки тепла, выделяющегося при сжатии. Так что температура не повышается и давление газа не препятствует коллапсу. Происходит быстрое сжатие, практически свободное падение вещества к центру облака.

Однако по мере сжатия протозвезда делается все менее прозрачной, что затрудняет выход излучения и приводит к росту температуры газа. В определенный момент протозвезда становится практически непрозрачной для собственного излучения. Температура, а вместе с ней и давление газа быстро возрастают, сжатие замедляется.

Повышение температуры вызывает значительные изменения свойств вещества. При температуре в несколько тысяч градусов молекулы распадаются на отдельные атомы, а при температуре около 10 тыс. градусов, атомы ионизируются, т.е. разрушаются их электронные оболочки. Эти энергоемкие процессы на некоторое время задерживают рост температуры. Затем он возобновляется. Протозвезда быстро достигает состояние, когда сила тяжести практически уравновешена внутренним давлением газа. Но поскольку тепло все же понемногу уходит наружу, а иных источников, кроме сжатия, у протозвезды нет, она продолжает потихоньку сжиматься и температура в ее недрах все увеличивается.

Наконец температура в центре протозвезды достигает нескольких миллионов градусов, и начинаются термоядерные реакции. Выделяющееся при этом тепло полностью компенсирует охлаждение протозвезды с поверхности. Сжатие прекращается. Протозвезда становится звездой.

Но есть ещё много интересных явлений и процессов связанных со вселенной. Один из них это чёрные дыры. Они интересны всем, кто когда – либо смотрел фильмы про космические сражения, всем кто по ночам любит смотреть в небо и думать: «А, что же там далеко, далеко, сейчас происходит».

Итак, черные дыры.

Черные дыры вселенной

Сегодня астро¬физики все больше убеждаются, что черные дыры - это реаль¬ность.

Математические расчеты показывают - невидимые гиганты есть. Несколько лет назад группа американских и японских ас¬трономов направила свой телескоп на созвездие Гончих Псов, на находящуюся там спиральную туманность М106. Эта галак¬тика удалена от нас на 20 миллионов световых лет, но ее можно увидеть даже с помощью любительского телескопа. При внимательном изучении оказалось, что у туманности М106 есть одна редкая особенность - в ее центральной части существует природный квантовый генератор - мазер. Это газо¬вые облака, в которых молекулы благодаря внешней «накачке» излучают радиоволны в микроволновой области. Мазер помогает точно определить свое местоположение и скорость облака, а в итоге - и других небесных тел.

Японский астроном Макото Мионис и его коллеги во время наблюдений туманности М106 обнаружили странное поведение ее космического мазера. Оказалось, что облака вращаются вокруг какого-то центра, удаленного от них на 0,5 светового года. Особенно заинтриговала астрономов особенность этого враще¬ния: периферийные слои облаков перемещались на четыре мил¬лиона километров в час! Это говорит о том, что в центре со¬средоточена гигантская масса. По расчетам она равна 36 мил¬лионам солнечных масс.

(Рис. 1 Галактика М87)

М106 - не единственная галактика, где подозревается черная дыра. В туманности Андромеды, скорее всего, тоже есть и примерно такая же по массе - 37 миллионов Солнц. Предполагается, что и в галактике М87

чрезвычайно интен¬сивном источнике радиоизлучения - обнаружена черная дыра, в которой сосредоточено 2 миллиарда масс Солнца!

Советский физик Яков Зельдович и его американский коллега Эдвин Солпитер сообщили о разработанной ими модели. Модель показала: черная дыра притягивает газ из окружающего про¬странства, и вначале он собирается в диск возле нее. От столкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, ско¬рость и начинает по спирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионов градусов, образует вихрь, имеющий форму воронки. Его частицы мчатся со скоро¬стью 100 тысяч километров в секунду. В конце концов, вихрь газа доходит до «горизонта событий» и навечно исчезает в черной дыре.

Мазер в галактике М106, находится в газовом диске. Черные дыры, возникающие во Вселенной, судя по тому, что наблюдали американские и японские астрономы в спиральной туманности М106, обладают несравненно большей массой, нежели те, о которых говорит теория Оппенгеймера. Он рассмотрел случай коллапса одной звезды, масса которой не более трех солнечных. А как обра¬зуются такие гиганты, которые астрономы уже наблюдают, объ¬яснений пока нет.

Последние компьютерные модели показали, что газовое об¬лако, находящееся в центре нарождающейся галактики, может породить огромную черную дыру. Но возможен и другой путь развития: скопление газа вначале распадается на множество боле мелких облаков, которые дадут жизнь большому числу звезд. По этой гипотезе черная дыра есть почти в каждой галак¬тике, в том числе и в нашей, где-то в центре Млечного Пути.

(Рис. 2 Cygnus XI) Наблюдения так называемых систем двойных звезд, когда в телескоп видна лишь одна звезда, дают основание считать, что невидимый партнер - черная дыра. Звезды этой пары рас¬положены так близко одна к другой, что невидимая масса «высасывает» вещество видимой звезды и поглощает его. В не¬которых случаях удается определить время оборота звезды во¬круг ее невидимого

партнера и расстояние до невидимки, что позволяет рассчитать скрытую от наблюдения массу.

Первый кандидат на такую модель - пара, обнаруженная в начале 70-х годов. Она находится в созвездии Лебедя (обозначена индексом Cygnus XI) и испускает рентгеновские лучи. Здесь вращаются горячая голубая звезда и, по всей ве¬роятности, черная дыра с массой, равной 16 массам Солнца. Другая пара (V404) имеет невидимую массу в 12 солнечных. Еще одна подозреваемая пара - рентгеновский источник (LMCX3) в девять солнечных масс находится в Большом Магел¬лановом Облаке.

Гипотезы и парадоксы

Общая теория относительности, как известно, предска¬зала, что масса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликования работы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, про¬водя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, ко¬торые на самом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце.

Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «линзы тяготения», которую представляют собой тяжелые звезды и, прежде всего черные дыры, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам видятся с Земли. Далекие галактики могут выглядеть для нас бесформен¬ными и в виде «капсулы». Это означает: тяготение столь ве¬лико и пространство так закручено, что свет проходит по кругу. Поистине там можно увидеть то, что происходит за уг¬лом.

Вообразим совершенно невероятное: некий отважный космо¬навт решил направить свой корабль к черной дыре, чтобы по¬знать ее тайны. Что он увидит в этом фантастическом путеше¬ствии?

По мере приближения к цели часы на космическом корабле будут все больше и больше отставать - это вытекает из тео¬рии относительности. На подлете к цели наш путешественник окажется как бы в трубе, кольцом окружающей черную дыру, но ему будет казаться, что он летит по совершенно прямому тон¬нелю, а вовсе не по кругу. Но космонавта ждет еще более удивительное явление: попав за «горизонт событий» и двига¬ясь по трубе, он будет видеть свою спину, свой затылок...

Общая теория относительности говорит, что понятия «вовне» и «внутри» не имеют объективного смысла, они отно¬сительны также, как указания «налево» или «направо», «вверх» или «вниз». Вся эта парадоксальная путаница с на¬правлениями очень плохо согласуется с нашими повседневными оценками.

(Рис.3 Большая Туманность Ориона)

Как только корабль пересечет границу черной дыры, люди на Земле уже не смогут ничего увидеть из того, что там бу¬дет происходить. А на корабле остановятся часы, все краски будут смешаны в сторону красного цвета: свет потеряет часть энергии в борьбе с гравитацией. Все предметы приобретут странные искаженные очертания. И, наконец, даже если эта черная дыра будет всего вдвое тяжелее, чем наше Солнце, притяжение станет столь сильным, что и корабль, и его гипо¬тетический капитан будут вытянуты в шнурок и вскорости ра¬зорваны. Материя, попавшая внутрь черной дыры, не сможет противостоять силам, влекущим ее к центру. Вероятно, мате¬рия распадется и перейдет в сингулярное состояние. Согласно некоторым представлениям, эта распавшаяся материя станет частью какой-то иной Вселенной - черные дыры связывают наш космос с другими мирами.

Как и все тела в природе, звёзды не остаются неизмен¬ными, они рождаются, эволюционируют и, наконец "умирают". Чтобы проследить жизненный путь звёзд и понять, как они стареют, необходимо знать, как они возникают. В прошлом это представлялось большой загадкой; современные астрономы уже могут с большой уверенностью подробно описать пути, ведущие к появлению ярких звёзд на нашем ночном небосводе.

Не так давно астрономы считали, что на образование звезды из межзвёздных газа и пыли требуются миллионы лет. Но в последние годы были получены поразительные фотографии области неба, входящей в состав Большой Туманности Ориона, где в течение нескольких лет появилось небольшое скопление звёзд. На снимках 1947г. в этом месте была видна группа из трёх звездоподобных объектов. К 1954г. некоторые из них стали продолговатыми, а к 1959г. эти