Поглинання зірки масивною чорною діркою. Говорячи про чорні діри простою мовою

Анотація

У статті досліджено питання, як може виглядати для зовнішнього спостерігача процес поглинання планети невеликою чорною дірою. Діра може утворитися в результаті фізичних експериментів цивілізації або може потрапити на планету із зовнішнього простору. Зайнявши становище у центрі планети, дірка поступово поглинає її. Підвищеному виділенню енергії сприяє магнітне поле планети, яке дедалі більше концентрується поблизу дірки внаслідок явища «вмороженості» силових ліній поля у провідну речовину та відповідно до закону збереження магнітного потоку. Найбільше виділення енергії відбувається на заключному етапі поглинання планети, коли в діри з радіусом формується магнітне поле дипольне з індукцією на полюсах порядку . Поле такої величини повністю контролює рух провідної речовини та її втікання в дірку відбувається в основному в області полюсів, вздовж силових ліній поля. Деяка частина силових ліній магнітного поля в області полюсів поблизу горизонту подій утворює злам майже під . В результаті, матерія, що падає зі швидкістю близькою до швидкості світла, різко змінює напрямок свого руху і відчуває велике прискорення, порівнянне з тим, що відбувалося б при ударі об тверду поверхню. Це сприяє переходу кінетичної енергії на теплову енергію. Внаслідок цього, на кожному магнітному полюсі дірки, дещо вище за горизонт подій, утворюється гаряча пляма з температурою близько . За такої температури відбувається інтенсивне випромінювання нейтрино з енергією, довжина вільного пробігу яких у навколишній нейтронній рідині з щільністю становить близько. Ці нейтрино нагрівають нейтронну рідину поблизу гарячих плям, зокрема і поза магнітних трубок, мають радіус на полюсах дірки. Зрештою, теплова енергія, що виділилася за допомогою потоків гарячої речовини, що утворюються за рахунок дії сили Архімеда, піднімається на поверхню планети. Безпосередньо поблизу планети випромінювання енергії відбувається у вигляді рентгенівського випромінювання, яке походить від гарячої плазми. Газова хмара, що утворилася, оточує планету не прозоро для рентгенівського випромінювання і енергія йде в космічний простір з поверхні хмари (фотосфери) у вигляді світлового випромінювання. Проведені в роботі розрахунки показали, що повним енергіям світлового випромінювання наднових відповідають маси планет 0.6 – 6 мас Землі. При цьому розрахункова потужність випромінювання «планетної» наднової під час максимуму блиску становить 1036 - 1037 Вт, а час виходу на максимум блиску дорівнює близько 20 діб. Отримані результати відповідають реальним характеристикам наднових.

Ключові слова: чорна діра, наднова зірка, потік космічних нейтрино, спалахи гамма-випромінювання, магнітне поле планети, нейтронна рідина, вибух зірки, нейтронна зірка, білий карлик, залізні метеорити, утворення хондр, теорія панспермії, еволюція біосфер.

Явище наднової полягає в тому, що в галактиці раптово з'являється практично точкове джерело світлового випромінювання, світність якого при досягненні максимуму блиску може перевищувати , а сумарна енергія світлового випромінювання, що виділяється під час свічення, становить . Іноді світність наднової виявляється порівнянною з інтегральною світністю всієї галактики, де вона спостерігається. Наднова, що спалахнула в 1054 р. в нашій Галактиці в сузір'ї Тельця і ​​що спостерігалася китайськими та японськими астрономами було видно навіть у денний час.

Наднові за деякими своїми особливостями, у першому наближенні, поділяються на два типи. Наднові I типу на вигляд кривої блиску утворюють досить однорідну групу об'єктів. Характерна крива зображено на рис.1. Криві блиску наднового II типу відрізняються дещо більшою різноманітністю. Їхні максимуми, в середньому, дещо вже, а спад кривої на заключному етапі може відбуватися більш круто. Наднові II типу зустрічаються в основному, у спіральних галактиках. .

Мал. 1. Крива блиску наднової I типу.

Наднові I типу спалахують у всіх типах галактик – у спіральних, еліптичних, «неправильних» та асоціюються з нормальними зірками з масою порядку сонячної. Але як зазначається в , такі зірки вибухати не повинні. На кінцевій стадії своєї еволюції така зірка на короткий час перетворюється на червоного гіганта. Потім скидає свою оболонку з утворенням планетарної туманності і на місці зірки залишається її ядро ​​гелієве у вигляді білого карлика. Щороку в нашій Галактиці утворюється кілька планетарних туманностей і лише приблизно один раз на 100 років відбувається спалах наднового I типу.

Спроби пояснити явище наднової як наслідок вибуху зірки зустрічають відомі труднощі. Так, наприклад, у наднових максимум блиску триває близько 1-2 днів, тоді як за розрахунками Імшенника В.С. та Надєждіна Д.К. при вибуху зірок головної послідовності максимум блиску повинен тривати трохи більше 20 хвилин. Крім того, розрахунковий максимальний блиск виявився в сотні разів меншим за спостережуваний.

На сучасному етапі досліджень проводиться побудова моделей зірок, що вибухають, з використанням найпотужніших комп'ютерів. Однак поки що не вдається побудувати модель, в рамках якої поступова еволюція зірки призводила б до породження феномена наднової. Іноді при побудові такої моделі в центральну частину зірки штучно закладається енергія вибуху, після чого аналізується процес розширення та розігріву оболонки зірки.

Масивна зірка має почати катастрофічно стискатися (колапсувати) після вичерпання всіх запасів ядерних джерел енергії. Внаслідок цього в її центрі може утворитися нейтронна зірка. У 30-х роках минулого століття Бааде та Цвіккі висловили припущення, що процес утворення нейтронної зірки зовні може виглядати як спалах наднового. Справді, за умов утворення нейтронної зірки звільняється велика енергія, т.к. гравітаційна енергія складає порядку . Так, при радіусі нейтронної зірки, що утворилася, і масі, де маса Сонця, гравітаційна енергія. Але ця енергія виділяється переважно у вигляді нейтрино, а не у вигляді фотонів та частинок з високою енергією, як спочатку передбачали Бааде та Цвіккі. У внутрішніх частинах нейтронної зірки, де щільність дорівнює довжина вільного пробігу нейтрино становить лише від радіусу нейтронної зірки, тобто. . Тому нейтрино повільно дифундують до поверхні і не можуть скинути оболонку зірки.

При побудові моделей наднових заснованих на колапсі зірок, залишається і нез'ясованим питання, чи може колапс, тобто. «вибух» спрямований всередину зірки, перетворитися на вибух спрямований на зовнішній простір. Незважаючи на обчислювальні можливості комп'ютерів, що значно зросли, моделювання колапсу масивної зірки завжди призводить до одного й того ж результату: ніякого вибуху не відбувається. Сили гравітації завжди перемагають сили, спрямовані від зірки, і спостерігається лише «тихий колапс». Як зазначається в «… жодна з існуючих моделей не відтворює весь комплекс явищ, пов'язаних із вибухом наднової та містить спрощення».

Щодо наднових I типу існує гіпотеза, що вони є наслідком колапсу в нейтронну зірку компактної зірки гелієвої білого карлика, маса якого перевищила (межа Чандрасекара). Якщо білий карлик входить у тісну подвійну систему, то причиною зростання його маси може бути аккреція речовини, що перетікає із зірки-компаньйона. У цьому акреційний диск стає джерелом рентгенівського випромінювання. Однак вимірювання рентгенівського фону, що виходить від еліптичних галактик, виконані за допомогою орбітальної обсерваторії «Chandra» показали, що потік, що спостерігається, рентгенівського випромінювання в 30-50 разів менше очікуваного. Тому, на думку авторів проведеного дослідження Гільфанова та Богдана, це свідчить на користь гіпотези походження наднових заснованої на злитті двох білих карликів з утворенням маси більше. Але тісних пар білих карликів відомо небагато і незрозуміло, наскільки широко вони поширені.

У зв'язку з наявними труднощами в поясненні наднових зовнішнім проявом зір, що вибухають або колапсують, представляє інтерес розглянути явище наднової як процес поглинання планети невеликою чорною діркою. Ця дірка може бути штучно створена на планеті, або потрапити на планету із зовнішнього простору.

Як відомо, чорна діра характеризується деяким критичним радіусом отриманим Шварцшильдом на основі рівнянь Загальної теорії відносності (ОТО):

Де гравітаційна стала, швидкість світла, маса чорної дірки. Поверхня, що обмежує область простору з радіусом, називається горизонтом подій. Частка, що знаходиться на горизонті подій не може піти в «нескінченність», т.к. долаючи гравітаційне поле, повністю витрачає свою енергію.

З рішень рівнянь ОТО випливає, що у центрі чорної діри має бути особливість у метриці простору-часу (сингулярність). У разі шварцшильдівської чорної діри вона є крапкою з нескінченно великою щільністю матерії.

Якщо чорна діра виявляється в контакті з речовиною, то вона починає її поглинати і збільшувати свою масу, поки вся речовина, наприклад планета, не виявляється втягнутою в дірку.

Мікроскопічні чорні діри можуть бути утворені безпосередньо на планеті, наприклад, в результаті експериментів на прискорювачах, в ході яких відбувається зіткнення частинок з високою енергією. Відповідно до теорії Хокінга, мікроскопічна чорна діра, що знаходиться у вакуумі, повинна практично миттєво випаровуватися. Однак поки що немає експериментальних результатів, що підтверджують ці теоретичні висновки. Також не вивчені властивості таких дірок, що опинилися в речовині. Тут вони можуть притягувати до себе речовину та оточувати себе оболонкою із надщільної матерії. Можливо, що чорна діра при цьому не випаровується, а поступово нарощує свою масу. В речовину чорні дірки можуть потрапляти, наприклад, при впливі пучка прискорених частинок на елементи конструкції прискорювача або спеціальну мішень. Можливо також, що у вакуумі мікроскопічні чорні діри живуть досить довго, щоб встигнути долетіти від точки зіткнення пучків до стінки прискорювача камери. Після попадання дірок у речовину відбувається їхнє гравітаційне осадження у напрямку центру планети.

Швидкість падіння речовини в чорну дірку у горизонту подій обмежена швидкістю світла, тому темп поглинання речовини пропорційний площі поверхні дірки. Через малу площу поверхні час зростання одиночної мікроскопічної чорної діри з масою планковської порядку до небезпечних розмірів дуже велике і в багато разів перевищує вік планет. Однак таких дірок може бути зроблено дуже багато і, досягнувши центру планети, вони можуть злитися в одну масивнішу дірку, яка може становити небезпеку для планети. Нехай спочатку є окремо існуючих чорних дірок і кожна з них має площу поверхні та масу. При обліку (1) їх сумарна площа поверхні дорівнює . Після того як N дір злилися в одну, площа поверхні сумарної дірки дорівнює . Видно, що в першому випадку , а в другому відповідно багаторазово зростає і швидкість поглинання речовини. У центрі планети є майже точкова область, де прискорення вільного падіння дорівнює нулю. Всі чорні дірки поступово накопичуються в цій галузі, і відбувається їхнє злиття за рахунок взаємного тяжіння.

Мікроскопічні чорні дірки можуть утворюватися і природним шляхом бомбардування планети космічними променями. Можна припустити, що на деякому етапі свого розвитку цивілізації виробляють чорні дірки з сумарною масою, що багато разів перевищує їх масу, що утворюється за рахунок дії космічних променів. У результаті зростання дірки у центрі планети призводить до припинення її існування. Чорна діра значної маси може бути створена на планеті і для отримання енергії в сингулярному реакторі. Проекти таких пристроїв вже обговорюються. Існує також деяка ймовірність і такої події, коли досить масивна чорна дірка потрапляє на планету з навколишнього космічного простору.

Можна спробувати знайти в космосі процеси виділення енергії, що відповідають поглинанню планети чорною дірою. У разі, якщо такі процеси справді мають місце, це, зокрема, може опосередковано вказувати існування інших цивілізацій.

Для опису ефектів на околиці чорної діри, у деяких випадках, достатньо скористатися наближенням, заснованим на ньтонівській теорії. Ньтонівські наближення, зокрема, успішно використовували Шакура та Сюняєв, а також Прінгл та Рис при побудові моделі акреції речовини чорною діркою.

Ми поширимо теорію на таку область простору поблизу дірки, коли швидкість падіння речовини близька до швидкості світла, але все ще відрізняється від неї настільки, що нерелятивістські наближення призводять до правильних оцінок фізичних величин. Щоб не враховувати ефект уповільнення часу у сильному гравітаційному полі, процес падіння речовини розглядатимемо у супутній системі координат.

Якщо з поверхні тіла з масою і з радіусом вертикально вгору кинуто пробне тіло з масою, то швидкість «втікання» може бути знайдена з рівності потенційної та кінетичної енергії

Звідси при одержуємо радіус тіла, що збігається з радіусом (1), отриманим на основі ОТО. З (2) випливає, що у ньютонівському наближенні гравітаційний потенціал чорної діри.

Тобто. потенціали всіх чорних дірок однакові.

Слід зазначити, що єдиного визначення чорної дірки поки що не існує. Якщо з визначення Лапласа чорної діри як невидимого об'єкта, то одному з трактувань воно означає, що після проходження різниці гравітаційних потенціалів енергія фотона та її частота прагнуть нулю. Далі вважають, що фотон має гравітаційну масу і тоді з рівності слід, що чорній дірі слід приписати гравітаційний потенціал. Оскільки далі ми розглядаємо процес падіння в дірку речовини, то ми виходитимемо з того, що, відповідно до (3), при використанні ньютоновського наближення гравітаційний потенціал діри. Це означає, що в процесі вільного падіння в чорну дірку деякої маси M у гравітаційному полі відбувається робота

Яка перетворюється на кінетичну енергію і швидкість падіння поблизу горизонту подій наближається до швидкості світла. Деяка частина цієї енергії може бути перетворена на випромінювання. При заданій швидкості акреції (збільшенні маси) потужність електромагнітного випромінювання визначається відомим виразом:

Де коефіцієнт характеризує ефективність перетворення гравітаційної енергії на електромагнітну енергію. За допомогою цього коефіцієнта також може бути враховано і відмінність гравітаційних потенціалів дірки під час використання різних підходів.

Відомо, що для чорної діри Шварцшильда, що не обертається, при сферично симетричному падінні речовини . Наявність поблизу зірки дрібномасштабного магнітного поля в багато разів збільшує коефіцієнт перетворення гравітаційної енергії (4) на випромінювання ( . Значне виділення енергії поблизу шварцшильдівської чорної діри відбувається також в акреційному диску, де газ рухається по майже кеплерівських орбітах з різною кутовою швидкістю. виникає в'язке тертя, і газ втрачає орбітальну енергію, переходячи на нижчу орбіту і наближаючись до чорної дірки.Газ, розігрітий за рахунок в'язкого тертя, стає джерелом електромагнітного (рентгенівського) випромінювання. велика.Для акреційних дисків характерний коефіцієнт перетворення гравітаційної енергії .

Керром було отримано рішення рівнянь ОТО для чорної дірки, що обертається в порожнечі. Керрівська чорна діра залучає до обертання навколишній простір (ефект Лензе-Тіррінга). При її обертанні із граничною світловою швидкістю досягається найбільший коефіцієнт перетворення гравітаційної енергії. Так було в акреційному диску, тобто. на випромінювання перетворюється до 42% маси падаючої речовини. У разі керрівської дірки на енергію випромінювання перетворюється енергія її обертання.

Таким чином, чорні діри за деяких умов можуть дуже ефективно перетворювати гравітаційну енергію маси, що падає в них, в електромагнітне випромінювання. Для порівняння: під час термоядерних реакцій на Сонці або під час вибуху водневої бомби .

Розрахунки автора показують, що при поглинанні чорною діркою планети, що володіє магнітним полем, відповідно до закону збереження магнітного потоку, у дірки буде сформовано надсильне дипольне магнітне поле. Деякі силові лінії поля на полюсах над горизонтом подій набувають зламу (рис.2). В області цього зламу падаюча в чорну діру провідна речовина, різко змінюючи напрямок руху, відчуває велике прискорення, приблизно таке, як би речовина зіткнулася з твердою поверхнею. В результаті цього, значна частина енергії (4) може переходити в теплову енергію і, зрештою, випромінюватись в навколишній простір.

На користь «планетного» походження наднових, зокрема, свідчить наступна попередня оцінка. Нехай тоді, відповідно до (5), від маси планети (або від кінетичної енергії (4)) перетворюється на зовнішнє випромінювання. Це означає, що спостерігається енергії світлового випромінювання наднових із співвідношення будуть відповідати маси планет, де маса Землі. Відповідно, при діапазоні мас планет складе . Ми бачимо, що при величинах діапазон мас планет має цілком прийнятні значення для життя. У той же час, хороша взаємна відповідність мас населених планет та енергій випромінювання наднових, виглядає не випадковою. Це дає підстави припустити, що щонайменше деякі типи наднових мають «планетне» походження. Проведені вище оцінки показують, що у наступних обчислення ми можемо використовувати коефіцієнт .

Можна провести деякі інші розрахунки, що підтверджують нашу гіпотезу. На рис.1 видно, що крива блиску наднової I типу досягає максимуму приблизно через 25 діб від початку спостереження. Далі, у цій роботі ми отримаємо час виходу максимум блиску розрахунковим шляхом, і навіть обчислимо потужність випромінювання наднової.

Оскільки швидкість втікання матерії в чорну дірку з малими розмірами обмежена швидкістю світла, процес поглинання планети чорною діркою розтягується в часі. З фізики зірок відомо, що останньою стійкою конфігурацією зірки, що передує чорній дірі, є нейтронна зірка, стійкість якої забезпечується за рахунок тиску виродженого ферміонного газу, що складається в основному з нейтронів. Отже, поблизу горизонту подій нашої компактної чорної діри, що знаходиться всередині планети, сильно стиснута речовина планети буде нейтронною рідиною. При цьому, як показали оцінки автора, при масі дірки, що дорівнює товщина шару з нейтронів над горизонтом подій, становить близько 24 мм. Тепер розглянемо процес втікання нейтронної рідини в об'єкт із малими розмірами. Беручи до уваги (4), спочатку розрахуємо можливу температуру падаючої матерії поблизу горизонту подій із співвідношення

Де стала Больцмана, маса спокою нейтрона. З (6) знаходимо температуру нейтронів. Це добре узгоджується з результатами, отриманими Шварцманом. Розглядаючи процес вільного падіння газу в чорну дірку, він дійшов висновку, що температура, що досягається в процесі адіабатичного стиску, по порядку величини відповідає кінетичній енергії падіння і може скласти .

Для того щоб кінетична енергія падаючої нейтронної рідини перейшла в теплову енергію, речовина поблизу дірки має зазнати великого прискорення. Як зазначалося, у разі, може відбуватися внаслідок особливої ​​структури магнітного поля поблизу горизонту подій, де силові лінії зазнають різкий злам (рис.2).

Цікавить оцінити реальну величину магнітного поля діри. Як відомо, Земля має значне за величиною дипольне магнітне поле. На полюсах планети вектор індукції спрямований вертикально і має модуль, у своїй магнітний момент диполя. У Сонячній системі сильні магнітні поля мають також Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун. Венера, що повільно обертається (період обертання 243 діб), подібна до Землі за розмірами і внутрішньою будовою, не має власного магнітного поля. Очевидно, для досить великих планет, що швидко обертаються, існування дипольного магнітного поля є поширеним явищем. За існуючими уявленнями, магнітне поле Землі утворюється за рахунок протікання електричних струмів в ядрі, що добре проводить. За результатами досліджень Земля має тверде внутрішнє ядро ​​з радіусом , що складається з чистих металів (залізо з домішкою нікелю). Також є рідке зовнішнє ядро, яке імовірно складається із заліза з домішкою неметалів (сірки або кремнію). Зовнішнє ядро ​​починається на глибині . Згідно з деякими розрахунками, зона, в якій знаходяться основні джерела магнітного поля, розташована на відстані від центру планети, тут є середній радіус Землі. Провідність земного ядра така, що при перебігу речовини магнітне поле захоплюється речовиною практично без прослизання (явище «вмороженості»).

Чорна діра є об'єктом надзвичайно щільним, тому через деякий час вона опуститься в глибокі частини планети і досягне її центру, де може злитися з іншими дірками. Оскільки чорна діра, що росте, успадковує момент імпульсу планети, то осі обертання обох тіл будуть паралельні (обертанням дірки в рамках цієї статті нехтуємо). При такому розташуванні, за рахунок ефекту «вмороженості», магнітне поле в процесі колапсу підтягується до чорної діри рівномірно, з усіх боків і у неї буде формуватися власне дипольне магнітне поле з полюсами на осі обертання (теорія дозволяє чорної дірі мати магнітний заряд). Під магнітним зарядом теоретично мається на увазі один з магнітних полюсів. Нейтронна рідина, що оточує чорну дірку, також повинна «вморожувати» магнітне поле через високу провідність. Так, за розрахунками Гаррісона та Уїлера в нейтронних зірках досить багато носіїв струму концентрації електронів, протонів і нейтронів співвідносяться як . За допомогою сучасних методів спостережень встановлено , що у нейтронних зірках присутні дипольні магнітні поля з індукцією . Прийнято вважати, що ці поля успадковані від зірок попередників під час колапсу завдяки ефекту «вмороженості».

Можливість існування у чорних дірок власного магнітного поля фактично підтверджується спостереженнями, виконаними за допомогою телескопа Ibis, встановленого на супутнику Європейського космічного агентства (ESA) Integral. Дослідження космічного об'єкта Лебідь Х-1, що є одним із кандидатів на звання чорної діри, виявили поляризацію випромінювання, що виходить з області з радіусом, що оточує цей об'єкт. На думку авторів дослідження, поляризація, що спостерігається, є наслідком наявності у цієї чорної діри власного магнітного поля.

Після вивчення 76 надмасивних чорних дірок, що у центрі галактик, дослідники з Національної Лабораторії U.S. Department of Energy's Lawrence Berkeley National Laboratory та Інституту Радіоастрономії Макса Планка в Бонні дійшли висновку, що вони мають надсильні магнітні поля, які за силою впливу на речовину поблизу горизонту подій можна порівняти з дією гравітації.

Явище «вмороженості» призводить до того, що в процесі колапсу ядра планети її дипольне магнітне поле поступово концентрується біля чорної дірки у вигляді компактного диполя з полюсами на осі обертання. При формуванні поля виконується закон збереження магнітного потоку:

Де середня індукція магнітного поля в ядрі планети, площа перерізу області ядра, де генерується основне поле, індукція магнітного поля на полюсі чорної діри, ефективна площа магнітного полюса чорної діри. Використовуючи відповідні радіуси площ, рівність (7) можна переписати у вигляді

Виходячи з вже існуючих розрахунків ми можемо прийняти, що . Зазвичай геофізиками вважається, що середня індукція поля в ядрі . Відповідно до (1), при масі радіус чорної дірки становив би . Тому радіус магнітного полюса дірки ми можемо прийняти (приблизно таке значення радіуса ми отримаємо далі незалежним шляхом). В результаті отримуємо оцінку індукції магнітного поля на полюсах дірки. Це поле приблизно в мільйон разів більше поля на полюсах нейтронних зірок. У цьому найближчого околиці чорної діри величина поля трохи менше, т.к. поле диполя при зміні радіальної координати змінюється згідно із законом.

Цікавить також оцінити об'ємну щільність енергії магнітного поля поблизу чорної діри з відомого співвідношення:

Де магнітна стала. Неважко обчислити, що поблизу полюсів при . Отриману величину нам необхідно порівняти з об'ємною щільністю кінетичної енергії матерії, що втікає.

Де, але спочатку ми маємо визначити щільність матерії.

Відомо, що поблизу центру граничної нейтронної зірки щільність нейтронної рідини досягає максимального значення при радіусі зірки близько 10 км та її масі до 2.5 сонячних (межа Оппенгеймера – Волкова). При подальшому зростанні маси нейтронної зірки () тиск ферміонного газу вже не в змозі стримувати зростання тиску обумовленого тяжінням і в її центрі починає рости чорна діра. Таким чином, чорна діра, що росте всередині планети, своїм тяжінням повинна створювати поблизу себе тиск приблизно рівний тиску в центрі граничної нейтронної зірки, відповідно, речовина повинна мати щільність навколо.

Підставляючи у вираз (10) щільність отримуємо оцінку об'ємної щільності кінетичної енергії нейтронної рідини. Вона більш ніж на порядок менша за обчислену раніше об'ємну щільність енергії (9) магнітного поля . Тому на околиці чорної діри виконуватиметься умова. Відомо, що сильне магнітне поле значно впливає на процес акреції провідної речовини . При магнітне поле перешкоджає руху провідної речовини поперек силових ліній поля. Рух речовини стає можливим практично лише у напрямку магнітного поля. При спробі зблизити силові лінії магнітного поля виникає зустрічний тиск, а при спробі їх зігнути тиск вдвічі більше: . У напрямку перпендикулярному полю речовина може лише дуже повільно просочуватися. В результаті речовина рухається практично лише вздовж силових ліній поля до магнітних полюсів і тут втікає у зірку у вигляді двох вузьких потоків. Зокрема, у разі нейтронних зірок це призводить до утворення двох гарячих плям на магнітних полюсах і появи ефекту рентгенівського пульсара. .

При щільності понад енергія Фермі нуклонів вже настільки велика, що утворений ними газ веде себе фактично як випромінювання. Тиск і щільність визначається значною мірою масовим еквівалентом кінетичної енергії частинок і між ними існує такий самий зв'язок, як і у випадку фотонного газу: .

Важливу роль у формуванні вузьких потоків матерії поблизу полюсів зірки гратиме ефект Бернуллі, який, як відомо, призводить до того, що в потоці рідини, що рухається зі швидкістю, тиск зменшується на величину (у нашому випадку). Тиск же в рідині, як було зазначено вище, дорівнює . Видно, що за рахунок ефекту Бернуллі тиск у потоці суттєво зменшується. Це компенсується тиском магнітного поля, яке спрямоване так, що перешкоджає зближенню силових ліній поля. В результаті магнітне поле стискається у вузький циліндр (трубку (tube)) і служить своєрідним провідником для потоку рідини. Так як речовина всередині трубки знаходиться в стані вільного падіння, гідростатичний тиск стовпа рідини в трубці дорівнює нулю. Тиск діє лише з боку речовини навколишнього трубку. При цьому має місце взаємозв'язок тисків:

де індукція магнітного поля у трубці, тиск за межами трубки. Цей тиск ми прийняли рівним. В результаті, при (11) отримуємо рівність:

Звідси при індукція поля всередині трубки. Раніше, виходячи зі збереження магнітного потоку планети подібної до Землі, ми незалежним способом з (8) отримали, що індукція поля на полюсах чорної діри. Збіг порядків величин полів говорить про те, що реального поля планети цілком достатньо для формування на полюсах діри магнітних трубок з полем, що задовольняє (11) і ув'язнених в них вузьких потоків речовини і цей збіг виглядає не випадковим.

Надсильне магнітне поле поблизу чорної діри має високу щільність, яку можна знайти із співвідношення . При обчисленому вище значення індукції поля на полюсах отримуємо і, відповідно, . Видно, що магнітне поле на полюсах приблизно дорівнює щільності навколишньої нейтронної рідини.

Зупинимося докладніше через утворення двох гарячих плям на полюсах чорної діри. Як ми вже відзначали, вона може полягати в специфічній структурі магнітного поля в нижній частині трубок. Ця структура утворюється завдяки тому, що силові лінії магнітного поля планети наближаються до чорної дірки на різних ділянках із різною швидкістю. Припустимо, що спочатку силові лінії магнітного поля планети на віддаленні від дірки прямолінійні і паралельні осі обертання дірки (рис.2). При цьому магнітне поле діри вже досягло такої величини, що падіння речовини відбувається переважно в області полюсів. Тому силова лінія поля, що вморожується в речовину, в області полюсів буде наближатися до діри швидше, ніж в області екватора. В результаті у чорної дірки формується така структура магнітного поля, що частина його силових ліній в основі магнітної трубки, поблизу горизонту подій зазнає зламу майже під кутом і силові лінії, потім розходяться в сторони від трубки, огинаючи дірку. Оскільки магнітне поле перешкоджає руху провідної речовини поперек силових ліній, то в області їх зламу падаюча речовина різко змінює напрямок свого руху і відчуває велике прискорення, приблизно таке ж, якби воно зіткнулося з твердою поверхнею. За рахунок цього значна частина кінетичної енергії (4) переходить у теплову енергію і на полюсах утворюються компактні гарячі плями, діаметр яких приблизно дорівнює діаметру магнітної трубки. Причиною виділення тепла, зокрема, може бути сильне електромагнітне випромінювання заряджених частинок, що рухаються з великим прискоренням, а також поява турбулентності в русі речовини.

Мал. 2. Схема формування магнітного поля чорної дірки (сфера) шляхом поступового захоплення магнітного поля планети. Короткі стрілки показують напрямки течії провідної речовини, що захоплює за собою магнітне поле.

Велике значення у передачі теплової енергії від гарячої плями до навколишнього речовини матиме нейтринне випромінювання. При температурах понад потужність випромінювання нейтрино швидко зростає. Так, у центральній частині нейтронної зірки, що тільки що утворилася, і в енергію нейтрино переходить до теплової енергії отриманої з гравітаційної енергії .

Оцінимо довжину вільного пробігу нейтрино. Порядок величини перерізу слабких взаємодій, де характерна енергія процесу. Тут , Постійна фермі. При розрахунках енергію частинок зручно виражати в МеВ у своїй . Характерна енергія частинок в області гарячої плями. У нашому випадку, при енергія, звідси. Довжина вільного пробігу нейтрино, де концентрація частинок середовища крізь яку рухаються нейтрино. Приймемо, що середовище складається з одних нуклонів, тоді коли маса спокою нуклону, релятивістська добавка до маси нуклону. У результаті знаходимо, що за довжина вільного пробігу нейтрино. Завдяки тому, що нейтрино рухаються зі швидкістю світла, теплова енергія швидко виходить з гарячої плями за межі магнітної трубки і відбувається нагрівання речовини над горизонтом подій у рівному радіусі . Поза трубкою, через наявність поперечної складової магнітного поля, швидкість падіння речовини дуже мала. Це рятує основну частину теплової енергії від падіння в дірку. Нагріта і тому менш щільна речовина за межами трубки відразу ж починає спливати за рахунок дії сили Архімеда і зовнішнім краєм магнітної трубки, ймовірно, виникає потік гарячої речовини в протилежному напрямку. Спливаюча речовина розширюється і охолоджується, і це зменшує втрати на нейтринне випромінювання у зовнішній простір. У поширенні тепла велике значення матиме і висока теплопровідність нейтронної рідини, в якій частинки рухаються з релятивістськими швидкостями. Слід зазначити, що якби була в багато разів більшою, то значна частина енергії, що виділилася в плямі, у вигляді нейтрино вільно пішла б у космос, відповідно, нагрівання навколишньої речовини було б менш ефективним. Навпаки, якби була набагато менше радіуса трубки, то значна частина тепла, що виділився, провалювалася б у чорну дірку. Але має саме те значення, при якому дірка перетворюється на ефективний перетворювач гравітаційної енергії (4) на теплову енергію.

Спливаючий газовий «міхур», збільшуючись у розмірах, створює всередині планети великий надлишковий тиск, що зрештою призводить до появи в твердому внутрішньому ядрі і мантії розривів і викиду з планети струменів гарячих газів. Окремі тіла можуть викидатися з планети газами та знову падати на її поверхню. Поверхня цих тіл може бути розпечена і випаровуватися, випромінюючи в оптичному і рентгенівському діапазоні. Через низьку теплопровідність гірських порід теплова енергія повільно проникає у внутрішні частини тіл і їхнє випаровування відбувається лише з поверхні, тому найбільші з них можуть існувати досить тривалий час і віддавати енергію у вигляді випромінювання. Уявлення про швидкість проникнення тепла у зразки гірських порід дає такий факт. Характерний час вирівнювання температур між поверхнями плоского шару гірської породи завтовшки пропорційно. Так, за добу, а за рік. За рахунок безперервного викиду з надр планети гарячого матеріалу температура її поверхні може тривалий час підтримуватись на високому рівні. Як показали розрахунки, для забезпечення максимальної яскравості наднової ця температура повинна становити близько 14 млн. градусів. Основна частина обсягу планети при цьому може досить тривалий час залишатися відносно холодною.

Відповідно до (4), енергія фотонів в області гарячих плям становитиме близько половини енергії спокою нуклону, а частота фотонів теплового випромінювання перебуватиме в діапазоні гамма-випромінювання. Якщо прийняти, що у гарячих плямах, що утворюються, в теплову енергію переходить кінетичної енергії (4), то це відповідає величині =0.4. На початку статті було показано, що приблизно такий коефіцієнт випливає з реальних мас планет і енергій повного випромінювання наднових, що спостерігаються. Вийшовши поверхню планети, теплова енергія з плям зрештою, як випромінювання йде у «нескінченність». Як було зазначено, велике значення у передачі тепла від чорної дірки до поверхні планети може мати струменя гарячого газу, які прориваються крізь тіло планети і йдуть у навколишній простір. Ці гази також викидають на поверхню планети шматки гірських порід із розпеченою поверхнею. В результаті сумарний потік випромінювання, що виходить з поверхні планети, дорівнюватиме потоку випромінювання, що виходить з гарячих плям. Спостерігач, що знаходиться безпосередньо поблизу плями, може обчислити ефективну площу плям, виходячи з відомого співвідношення:

Де сумарна потужність випромінювання двох плям, сумарна площа плям, стала Стефана-Больцмана, температура плям. Однак спостерігач, який знаходиться в «нескінченності» при обчисленні площі плям, повинен також враховувати ефект уповільнення часу.

Відомо, що для нескінченно віддаленого спостерігача, відрізок часу більше, ніж для спостерігача, що знаходиться на невеликій відстані від дірки:

Можна ввести умовний коефіцієнт переходу від однієї системи відліку до іншої. Оскільки гаряча пляма знаходиться поблизу горизонту подій, ми можемо покласти, що лежить в діапазоні , тоді (14) отримуємо діапазон відповідних значень . Для віддаленого спостерігача потужність випромінювання плям менше, т.к. . Нехай пікова потужність випромінювання наднової, зареєстрована віддаленим спостерігачем, дорівнює . Тоді, відповідно (13) і (14), в системі відліку пов'язаної з плямою пікова потужність випромінювання плям . Відповідно, для площ плям при переході від віддаленої системи відліку до супутньої системи отримуємо .

Типову потужність випромінювання наднової в максимумі блиску можна знайти, скориставшись даними з таблиці 1, опублікованої в роботі і відбиває фізичні властивості позагалактичних 22 наднових. З таблиці 1 видно, що з представлених 22 позагалактичних наднових 20 утворюють досить однорідну групу об'єктів, час підйому блиску яких має середнє значення 20.2 діб з середньоквадратичним відхиленням . Значно випадають із загальної закономірності наднові 1961v і 1909a можна виключити з розгляду. З таблиці 1 випливає, що з 20 об'єктів, що залишилися, при максимальному блиску один об'єкт має абсолютну зоряну величину -18, сім об'єктів -19, вісім об'єктів -20 і чотири об'єкти -21. Абсолютна болометрична зоряна величина Сонця дорівнює потужності випромінювання. Відома зв'язок між щільностями потоків випромінювання E і зірковими величинами:

При переході до абсолютних зоряних величин вважають, де прийнята в астрономії стандартна відстань, потужність випромінювання зірки. Звідси виходить зв'язок між потужностями випромінювання двох об'єктів:

де , . Отже, наведеним вище абсолютним зоряним величин наднових: відповідають пікові потужності випромінювання . Для оцінки середнього значення, у разі, доцільно використовувати медіану. В результаті отримуємо, що в системі відліку пов'язаної з віддаленим спостерігачем, середня величина пікової потужності за вибіркою з 20 наднових. Використовуючи це значення, (13) знаходимо, що з точки зору віддаленого спостерігача, сумарна площа двох випромінюючих плям . Однак для спостерігача розташованого поблизу плями середня потужність випромінювання і, відповідно, сумарна площа двох плям. Зокрема, при отримуємо , відповідно, площу однієї плями , яке радіус , тобто. складає близько 1 мм.

Таблиця 1

Отримана оцінка добре узгоджуються з нашим припущенням про те, що первинне випромінювання виходить з двох компактних гарячих плям, розташованих на полюсах об'єкта з радіусом близько 10 мм і є ще одним підтвердженням того, що ми, швидше за все, маємо справу з чорною діркою, що поглинає планети. Раніше, виходячи із закону збереження магнітного потоку планети (8) ми отримали, що при індукції магнітного поля на полюсах дірки дорівнюватиме приблизно . У той же час, із (12) незалежно випливає, що величина поля на полюсах дірки становитиме близько . Таким чином, співвідношення (8), (12) і (13) призводять до взаємно узгоджуваних результатів, що вважатимуться ознакою правильності теорії.

З (12) слід, що індукція магнітного поля в трубках на полюсах чорної дірки є постійною величиною. Тому при поступовому поглинанні чорною діркою магнітного потоку планети збільшення магнітного потоку в трубці відбувається за рахунок зростання площі її перерізу. Це призводить до пропорційного збільшення площі гарячої плями і внаслідок цього зростання потужності випромінювання наднової, відповідно (13).

Первинне випромінювання плям, що є потік гамма-квантів і нейтрино, виробляє нагрівання матерії поблизу плям, змушуючи її також випускати фотони високих енергій і нейтрино. Найбільшу проникаючу здатність мають нейтрино, але й електромагнітне випромінювання, дифузуючи в речовині, поступово віддаляється від чорної діри. При цьому випромінювання відчуває відоме гравітаційне червоне зміщення, яке є прямим наслідком уповільнення часу:

де довжина хвилі поблизу чорної дірки, на відстані від її центру, довжина хвилі на «нескінченності». Зокрема, при , червоне усунення . На існуючу думку гравітаційне червоне зміщення є лише наслідком різної швидкості ходу часу у різних точках неоднорідного гравітаційного поля. Енергія ж випромінювання (фотонів) не змінюється під час підйому гравітаційному полі . У нашому випадку це означає, що порція енергії випромінювання (13) збережеться при віддаленні від чорної діри. Відповідно (14), відрізок часу перетворюється на більш довгий відрізок , що виразиться в зменшенні потужності випромінювання наднової з точки зору зовнішнього спостерігача. Але при цьому для нього в таку ж кількість разів зросте тривалість свічення наднової. Гравітаційне червоне усунення не змінює сумарну енергію випромінювання що виходить із околиці чорної дірки. Процес її отримання зовнішнім спостерігачем лише розтягується у часі у K разів. Те, що було сказано щодо фотонів, має бути справедливим і для гравітаційного червоного зміщення нейтрино, які так само, як і фотони, мають рівну нулю масу спокою і рухаються зі швидкістю світла.

Як уже зазначалося, чорна діра буде у центральній частині планети. При цьому в її околиці можливе утворення порожнини, заповненої газом з високим тиском і з високою температурою. У якийсь момент часу тиск газу досягне критичної межі і в тілі планети будуть утворені глибокі тріщини, якими газ вирветься назовні. Вибуховий викид першої найбільшої порції плазми з температурою може породити сплеск гамма-випромінювання (довжини хвиль ). Такі сплески реально існують і виявлено їх тісний зв'язок із надновими. Далеко у космос, у т.ч. і за межі планетної системи зірки, можуть бути викинуті також окремі уламки та розплавлені фрагменти глибинної речовини планети, ставши згодом залізними та кам'яними метеоритами та астероїдами. Після цього продовжиться закінчення гарячого газу і навколо планети почне формуватися газова хмара, що поступово збільшується в розмірах.

У спектрах наднових I типу, після проходження максимуму блиску виявляється безліч ліній, що накладаються одна на одну, що створює труднощі в їхній ідентифікації. Проте деякі лінії були ототожнені. Ними виявилися іонізовані атоми Ca, Mg, Fe, Si, O, які, як відомо, поширені в речовині кам'яних планет, типу Землі. Характерно те, що в спектрі наднових типу I відсутній водень. Це може говорити на користь незоряного (планетного) походження первинної газової хмари.

Проведені автором оцінки показали, що якщо випарується лад від маси планети, то газова хмара стає непрозорою для рентгенівського випромінювання. Це випромінювання виходить із центральної області хмари з радіусом порядку радіусу планети та з температурою поверхні близько 14 млн. кельвінів. Ця температура випливає із відомого співвідношення. Тут, відповідно до даних спостережень, пікова потужність випромінювання планетної наднової приймається рівною. У космічний простір енергія випромінюється в оптичному діапазоні із зовнішньої оболонки газової хмари (фотосфери). При максимумі блиску розрахунковий радіус фотосфери з вищенаведеної формули повинен становити близько 34 А.е. при відомій із спостережень температурі поверхні.

Тепер ми вже підійшли впритул до обчислення таких характеристик наднової як потужність випромінювання та час виходу на максимум блиску. Вище ми дійшли висновку, що нейтронна рідина втікає в чорну дірку у вигляді двох конусів, що мають біля полюсів вигляд вузьких струменів, які укладені в магнітних трубках. При цьому поблизу контакту трубки з чорною діркою утворюється гаряча пляма з діаметром приблизно рівним діаметру трубки. Відповідно, сумарний елементарний об'єм в основі трубок

Де S – площа двох гарячих плям, радіальна координата. Відповідно, елементарна маса в трубках

Де щільність матерії, що втікає. Проведемо заміну , де вертикальна складова швидкості речовини. Тоді елементарна маса:

З (5) і (20) випливає, що сумарна потужність випромінювання двох плям у системі відліку

У розрахунках за цією формулою ми можемо покласти, що . При цьому значення інших параметрів =0.4, густина речовини безпосередньо над плямою , площа двох плям , де і K = 10. У результаті отримуємо . Тепер, виходячи з реально спостерігається середньої пікової потужності світлового випромінювання наднових, незалежним способом, знайдемо потужність випромінювання плям. Видно, що практично збігається з теоретичним значенням, отриманим (21). Зауважимо, що між і не залежить від K, т.к. . Хороше збіг величин і вважатимуться вагомим підтвердженням правильності теорії. Отримана порівняно невелика розбіжність між потужностями і зокрема можна пояснити деякою невизначеністю таких параметрів, як і .

Можна прийняти, що на утворення гарячої газової хмари планета втрачає близько 30% своєї маси. Крім того, у вигляді світлового випромінювання при = 0.4 йде 40% від маси планети, що залишилася. При цьому для найслабших і найпотужніших наднових повні енергії світлового випромінювання складають . Враховуючи обидві зазначені втрати маси, знаходимо, що діапазон мас вихідних планет становить . Вважають, що умова життєпридатності планети вимагає, щоб її маса не заходила в область «нептунів» з масами. Нептуни мають надщільні атмосфери з ураганними вітрами і є малопридатними для еволюції життя. Тому верхнє значення маси населеної планети цілком відповідає цій граничній умові. Нижнє значення маси не дуже відрізняється від маси Землі, тому така планета, мабуть, здатна тривалий час утримувати досить щільну атмосферу і при цьому мати магнітне поле за величиною подібне до земного поля. Таким чином, середньої величини пікової потужності наднових, що спостерігається, повинна відповідати планета з масою близько . Тепер у нас є всі вихідні дані для обчислення часу підйому блиску наднової.

У міру зростання чорної дірки збільшується захоплений магнітний потік через плями. Оскільки індукція магнітного потоку в трубці , то зі зростанням магнітного потоку через переріз трубки пропорційно збільшується площа плями , що, в свою чергу, призводить до зростання яскравості наднової. Помічено, що приблизно половина світлової енергії наднової виділяється на стадії зростання блиску, а друга половина на ділянці спаду кривої. Це зокрема видно на рис.1. Після проходження максимуму, що триває 1-2 дні, блиск швидко падає на зіркові величини, тобто. в раз. Після цього починається експоненційний спад. Але ділянка спаду блиску у наднових I типу зазвичай більш ніж у 10 разів протяжніша, ніж ділянка підйому. У нашій моделі вся енергія наднової утворюється з гравітаційної енергії (4) падаючої речовини. Звідси випливає, що на ділянці підйому блиску темна діра поглинає приблизно половину маси планети, а другу половину на стадії спаду кривої. Це означає, що захопивши половину маси планети, чорна діра при цьому захоплює практично весь магнітний потік планети і площа перетину трубки перестає рости. Оскільки дипольне магнітне поле діри (як і планети) підтримуються за рахунок кільцевого струму, то при поступовому згасанні цього струму зменшується магнітний потік, відповідно, зменшується і площа перерізу трубки, що веде до зменшення яскравості наднової. Кільцевий струм, що охоплює трубку, можна з деяким наближенням подати у вигляді тора з індуктивністю L і з активним опором R.

де величина початкового струму (у разі, при ).

Необхідно відзначити, що причина виділення енергії на ділянці спаду кривої блиску наднових поки що належить до невирішених завдань. Ділянка плавного спаду кривої (рис.1) для наднових I типу відрізняється високою подобою. Потужність випромінювання під час спаду добре описується експонентою:

Де доби для всіх наднових I типу. Ця проста залежність виконується остаточно спостережень наднової. Рекордна тривалість спаду 700 днів спостерігалася у наднової, що спалахнула галактиці NGC 5253 в 1972 р. . Для пояснення цієї ділянки кривою у 1956 р. групою американських астрономів (Бааде та ін.) пропонувалася гіпотеза, згідно з якою виділення енергії на ділянці спаду відбувається внаслідок радіоактивного розпаду ядер ізотопу каліфорнія-254, період напіврозпаду якого дорівнює 55 діб, що грубо відповідає величині показника експоненти . Однак при цьому потрібно дуже багато цього рідкісного ізотопу. Труднощі виникають і при спробах використання радіоактивного ізотопу нікель-56, який, розпадаючись з напівперіодом 6.1 діб, переходить у радіоактивний кобальт-56, що зазнає розпаду з напівперіодом 77 діб, утворюючи стабільний ізотоп залізо-56. На цьому шляху пояснення значною проблемою є відсутність сильних ліній іонізованого кобальту в спектрах наднових І типу після проходження максимуму блиску.

У нашій моделі експоненційний спад потужності випромінювання наднової пояснюється експоненційним зменшенням величини кільцевого струму (22), т.к. . При цьому діб. Випуклий ділянку кривої на рис.1 (позначений буквою) можна інтерпретувати в такий спосіб. При максимумі блиску магнітний потік планети ще продовжує захоплюватися чорною діркою, але збільшення магнітного потоку вже дорівнює його втрат за рахунок згасання кільцевого струму. На спаді опуклої ділянки кривої поглинаються залишки магнітного поля планети. І, нарешті, після проходження ділянки надходження магнітного потоку до чорної дірки повністю припиняється і починається експоненційний спад, зумовлений згасанням кільцевого струму, що циркулює навколо трубки.

Оскільки магнітні потоки в трубках на південному та північному полюсах чорної дірки рівні, розглянемо процес захоплення магнітного поля діркою в одній півкулі планети. Виділимо в центральній частині планети кулю з радіусом і із середньою індукцією магнітного поля всередині нього рівною. Тоді магнітний потік, що проходить через перпендикулярну до вектора площу перерізу кулі , що проходить через діаметр:

де – радіус перерізу. Після диференціювання приходимо до рівняння:

Маса однієї півкулі з радіусом і із середньою щільністю речовини:

Звідси зв'язок між диференціалами:

З (25) та (27) отримуємо:

Останній вираз визначає швидкість зміни магнітного потоку в одній півкулі при зміні маси і фактично означає наступне. Якщо чорна діра поглине у планети масу, то разом із цією масою вона захопить магнітний потік планети рівний. Далі, враховуючи, що і де обсяг однієї півкулі отримуємо взаємозв'язок:

Звідси швидкість зміни магнітного потоку при перетіканні маси від планети до чорної дірки:

Очевидно, що швидкість зміни магнітного потоку планети дорівнює швидкості зміни магнітного потоку дірки. Рівняння (30) та (29) справедливі також і для значень та m діри. Щоб переконатися в цьому, можна уявити, що маса та магнітний потік перетікають у протилежному напрямку – від сферичної чорної дірки до планети.

У випадку аналізованої нами чорної діри практично все її магнітне поле зосереджено в трубках на полюсах і для неї і де площа перерізу трубки. В результаті, з (29) приходимо до рівняння:

де відповідає масі що пройшла через трубку на момент часу , коли наднова вже видно телескоп, площа перерізу трубки при . Після обчислення інтегралів приходимо до співвідношення:

або для , і :

Звідси можна знайти час виходу наднової на максимум блиску з погляду віддаленого спостерігача. Та обставина, що дозволяє виключити коефіцієнт K:

Як зазначалося, приблизно половина енергії світлового випромінювання наднової виділяється на стадії підйому блиску, а друга половина на стадії його спаду. Це означає, що все магнітне поле планети перейде до чорної діри до того моменту, коли код буде поглинений приблизно половина маси планети. Маса, наприклад, ядра Землі, де зосереджений практично весь її магнітний потік становить . Це трохи менше половини маси планети. Але на рис.2 видно, що втікання речовини в дірку відбувається переважно у напрямах близьких до осі обертання. Тому на момент часу захоплення всього ядра буде захоплена і частина речовини мантії з субполярних областей. Очікується, що після поглинання всього магнітного поля планети, маса, що пройшла через обидві магнітні трубки на полюсах дірки, може становити близько половини маси планети. Якщо також врахувати, що ми розглядали процес поглинання речовини планети чорною діркою тільки в одній півкулі, то для середньої яскравості наднової. За фізичним змістом M 0 являє собою сумарну масу, що пройшла через переріз однієї магнітної трубки на момент досягнення пікової потужності випромінювання. Масу відповідну початку спостереження наднової можна знайти наступним чином. З (13) і (31) випливає зв'язок:

або після інтегрування:

звідки слідує

Відомо, що для наднових зірок амплітуда блиску (різниця між мінімальним та максимальним блиском) становить зоряних величин. Нехай амплітуда дорівнює середньому значенню 16 зіркових величин. Тоді з (16) слід і далі з (38) отримуємо . Після підстановки (35) числових значень інших фізичних величин , і площі однієї гарячої плями з погляду віддаленого спостерігача , знаходимо час виходу наднової максимум блиску для зовнішнього спостерігача доби. Це в хорошій згоді з даними спостережень, представленими в табл.1, де цей час знаходиться в діапазоні доби. В силу властивостей логарифму амплітуди блиску 15 і 17 зіркових величин також дають прийнятні значення відповідно рівні 17.9 і 20.3 діб.

Таким чином, запропонована вище модель наднової, заснована на поглинанні планети невеликою чорною дірою, здатна пояснити всі основні властивості наднових, такі як повну енергію світлового випромінювання, потужність випромінювання, час виходу наднової на максимум блиску, а також вказує причину виділення енергії на ділянці спаду блиску наднової. У початковій стадії розвитку планетної наднової при розриві планети, мабуть, може викинути хмару гарячої плазми з температурою, що викликає спалах гамма-випромінювання, що відзначається у реальних наднових. Теорія також пояснює характерні особливості кривої блиску (рис.1).

Цікавить також провести деякі оцінки, що стосуються ступеня впливу планетної наднової на центральну зірку. Щільність потоку випромінювання наднової на відстані при складе. Це на багато порядків більше за щільність потоку власного випромінювання з поверхні такої зірки як Сонце (). Зі співвідношення випливає, що за рахунок випромінювання наднової температура поверхні Сонця зросла б з до . Неважко вирахувати, що тільки за час днів поблизу максимуму блиску «планетної» наднової, зірка подібна до Сонця, отримала б теплову енергію, де радіус зірки. Таку енергію саме Сонце виробляє за 577 років. Можна припустити, що таке високе нагрівання призводить до втрати теплової стійкості зірки. Згідно з існуючими розрахунками, звичайні зірки можуть зберігати теплову стійкість лише за повільних зростання температури, коли зірка встигає розширитися і зменшити свою температуру. Досить швидке зростання температури може призвести до втрати стійкості та вибуху термоядерного реактора зірки. За існуючою моделлю у зірки типу Сонця термоядерні реакції водневого циклу відбуваються в області до 0.3 радіусу від центру зірки, де температура змінюється від 15.5 до 5 млн. кельвінів. У діапазоні відстаней радіусів теплова енергія переноситься у напрямку поверхні за допомогою випромінювання. Вище, до поверхні зірки, розташовується турбулентна конвективна зона, де теплова енергія переноситься з допомогою вертикальних рухів речовини. На Сонці середня швидкість вертикальних конвективних рухів становить . У нашому випадку, нагрівання поверхні зірки до температури понад 100 тис. градусів призведе до уповільнення швидкості конвекції і до підвищення температури потоків речовини, що опускаються вниз. В результаті зірка нагадуватиме ядерний реактор із частково вимкненим охолодженням. При вертикальній швидкості конвективних потоків теплова енергія, отримана від планетної наднової, пройшовши близько , досягне нижньої межі конвективної зони всього за .

При нагріванні конвективного шару зірки, за рахунок променистої енергії та за рахунок більш гарячих конвективних потоків, на стороні зірки зверненої до наднового газу розшириться і буде утворена опуклість. Отримана зіркою теплова енергія перейде в гравітаційну потенційну енергію «горба», що утворився. Це спричинить порушення балансу гравітаційних сил усередині зірки. Глибинна речовина, включаючи область ядра, почне текти так, щоб відновити гравітаційну рівновагу. В'язке тертя призводить до того, що кінетична енергія течій перетворюється на теплову енергію речовини. Через те, що зірка обертається горб постійно переміщається. Завдяки цьому течії та виділення тепла всередині зірки триває доти, доки світить наднова. В результаті глибинна речовина зірки за короткий час отримає таку теплову енергію, яку сама зірка виробляє за сотні років. Очевидно, в деяких випадках цього достатньо, щоб викликати втрату теплової стійкості зірки. Деяке надмірне зростання температури у глибинах зірки призводить до зростання швидкості термоядерних реакцій, що, своєю чергою, веде до ще більшому зростанню температури, тобто. процес горіння термоядерного палива починає самоприскорюватися і охоплювати все більші обсяги зірки, що зрештою, ймовірно, і призводить до її вибуху.

Якщо вибуховий процес починається в шарах розташованих трохи вище за ядро ​​зірки, воно зазнає сильного стиску. У тих випадках, коли зірка має досить масивне ядро ​​гелієве (з масою менше), тиск вибуху може його «підштовхнути» до колапсу в нейтронну зірку. У зв'язку з тим, що вибух спочатку ініціюється в обмеженій ділянці зірки, він може мати асиметричний характер, внаслідок чого нейтронна зірка набуде великого імпульсу. Це добре пояснює, чому з місця спалаху наднової нейтронна зірка буквально «вистрілюється» зі швидкістю близько 500 км/с і навіть до 1700 км/с (пульсар у туманності «Гітара»). Енергія вибуху зірки буде витрачена, зокрема, на кінетичну енергію нейтронної зірки і кінетичну енергію викинутого газу, що згодом утворює характерну туманність, що розширюється. Ці види енергії прийнято відносити до енергії наднової. До цих видів енергії також додають енергію потоку нейтрино, випромінювання яких має супроводжувати процес колапсу ядра зірки. У зв'язку з цим, сумарна енергія наднової іноді теоретично оцінюється в і більше джоулів. Світлові ж ефекти під час вибуху зірок головної послідовності, як зазначалося, згідно з розрахунками Імшенника В.С. та Надєждіна Д.К. , Виявляються значно менше, ніж у реальних наднових, тому процес термоядерного вибуху зірки може виявитися практично непомітним на тлі спалаху планетної наднової.

У тих випадках, коли сили вибуху нормальної зірки недостатньо для того, щоб перетворити гелієве ядро, що знаходиться в її центрі, в нейтронну зірку, це ядро ​​може бути викинуте в навколишній простір у вигляді білого карлика. Нещодавно виявлений білий карлик LP 40-365 з дуже високою просторовою швидкістю . Таку швидкість не можна пояснити як побічний ефект при злитті двох білих карликів, т.к. при цьому гинуть обидві зірки. Як інша можлива причина появи у білого карлика настільки великої швидкості розглядається процес акреції білим карликом водню з зірки компаньйона в тісній подвійній системі. При накопиченні деякої кількості водню його тиск і температура досягають критичних значень, і поверхні карлика відбувається термоядерний вибух. Подібні вибухи відомі як новий спалах і можуть повторюватися. Але сила вибухів у разі порівняно мала і карлик продовжує залишатися у своїй орбіті. Ці вибухи не можуть вирвати білий карлик із подвійної системи та призвести до появи таких великих просторових швидкостей, як у білого карлика LP 40-365. Відкриття цього об'єкта може говорити про те, що зірки схожі на Сонце, попри всі очікування, справді можуть вибухнути.

Як зазначалося, викид плазми з ядра планети може також супроводжуватися і викидом великих уламків і розплавлених фрагментів планети, зокрема і з залізного ядра. Цим зокрема можна пояснити походження залізних метеоритів, а також утворення хондр – кульок силікатного складу присутніх у метеоритах, типу хондритів. Відомий також метеорит, в якому хондри являють собою кульки із заліза. За деякими даними, цей метеорит зберігається в Миколаївській астрономічній обсерваторії. Хондри в нашій теорії утворюються при розбризкуванні розплаву струменями гарячого газу. У невагомості частинки розплаву набувають форми кульок і остигаючи, тверднуть. Якщо врахувати, що швидкість викиду речовини з надр планети може перевищувати швидкість тікання від зірки, то частина метеоритів і астероїдів може потрапляти в Сонячну систему з планетних систем інших зірок. Разом з фрагментами метеоритної речовини Землю можуть зрідка потрапляти і предмети неземного техногенного походження.

У травні 1931 р. в Ітоні (штат Колорадо) поряд з фермером Фостером, який працював у саду, в землю врізався невеликий зливок металу. Коли фермер його підняв, то він був настільки гарячим, що обпікав руки. Ітонський метеорит досліджував американський фахівець Х. Найніджер. Він встановив, що метеорит складається із сплаву Cu-Zn (66.8% Cu та 33.2% Zn). Сплави схожого складу відомі Землі як латунь, тому метеорит було віднесено до розряду псевдометеоритов. Відомі й інші цікаві випадки падіння з неба незвичайних зразків. Так 5 квітня 1820 р. на палубу англійського корабля «Ешер» впав розпечений шматок вапняку. У земних умовах хемогенні та біогенні вапняки утворюються в процесі опади накопичення на дні морів. Геолог Віхман, що дослідив цей зразок, заявив, що «це вапняк, а, отже, не метеорит».

У мережі Інтернет також є повідомлення про «дивні» знахідки предметів штучного походження в геологічних відкладеннях із віком у десятки та сотні мільйонів років. У випадках, коли доведено достовірність подібної знахідки, можна припускати неземне штучне походження знайденого артефакта.

У тріщинах великих астероїдів викинутих із планети може зберегтися вода, що містить бактерії. Ці астероїди можуть виконувати роль транспортних засобів для бактерій. Тому планетні наднові можуть сприяти експансії життя в інші зіркові системи, що зміцнює ґрунт для теорії панспермії. Згідно з цією теорією, життя в космосі існує практично всюди, там, де для цього є сприятливі умови, і знаходить способи переселення з однієї зіркової системи в іншу.

Планетні наднові, викликаючи вибух материнської зірки, роблять збагачення космічного середовища елементами важчими за гелій (металами). Це призводить до формування в галактиках газово-пилових хмар. Відомо, що у цих хмарах у сучасну епоху відбуваються активні процеси утворення нових зірок та планет.

Виходячи з отриманих у роботі результатів, ми можемо дійти висновку про те, що цивілізації, ініціюючи планетні наднові, фактично сприяють поширенню життя в галактиках, а також відтворюють в них місце існування. Завдяки цьому ланцюжок життя в галактиках не переривається. Очевидно, це полягає кінцева мета і космічний сенс існування більшості цивілізацій. Докладніше про це можна прочитати в брошурі автора «Чорні дірки та мета еволюції біосфер».

Джерела інформації

1. Акреція (http://www.astronet.ru/db/msg/1172354? text_comp=gloss_graph.msn).
2. Астрономи відкрили білого карлика, який пережив вибух наднової (https://ria.ru/science/20170818/1500568296.html).
3. Блінніков С.І. Гамма-сплески та наднові (www.astronet.ru/db/msg/1176534/node3.html).
4. Бочкарьов Н.Г. Магнітні поля в просторі. - М: Наука, 1985.
5. Гурський Г. Нейтронні зірки, чорні дірки та наднові. - У кн.: На передньому краї астрофізики. - М: Світ, 1979.
6. Герелс Н., Піро Л., Леонард П. Найяскравіші вибухи у Всесвіті. – «У світі науки», 2003, № 4 (http://astrogalaxy.ru/286.html).
7. Джекобс Дж. Земне ядро. - М: Світ, 1979.
8. Зельдович Я.Б., Блінніков С.І., Шакура Н.І. Фізичні основи будови та еволюції зірок. - М: Вид. МДУ, 1981 (www.astronet.ru/db/msg/1169513/index.html).
9. Зігель Ф.Ю. Речовина Всесвіту. - М: «Хімія», 1982.
10. Кононович Е.В., Мороз В.І. Загальний курс астрономії. - М: Едиторіал УРСС, 2004.
11. Кауфман У. Космічні рубежі теорії відносності. - М: Мир, 1981.
12. Каспер У. Тяжіння - загадкове і звичне. - М: Мир, 1987.
13. Кузьмичов В.Є. Закони та формули фізики. – Київ: Наукова думка, 1989.
14. Мюллер Е., Хільбранд Ст, Янка Х-Т. Як підірвати зірку. - "У світі науки" / Астрофізика / № 12, 2006.
15. Модель акреції речовини на надмасивну чорну діру/Лекції з Загальної астрофізики для фізиків (http://www.astronet.ru/db/msg/1170612/9lec/node 3.html).
16. Мізнер Ч., Торн До., Уілер Дж. Гравітація, т.2, 1977.
17. Мартинов Д.Я. Курс загальної астрофізики. - М: Наука, 1988.
18. Невибухові наднові: Проблеми в теорії (http://www.popmech.ru/article/6444-nevzryivayushiesya-sverhnovyie).
19. Нарлікар Дж. Шалений Всесвіт. - М: Мир, 1985.
20. Окунь Л.Б., Селіванов К.Г., Телегді В.Л. Гравітація, фотони, годинники. УФН, т. 169 № 10, 1999.
21. Псковський Ю.П. Нові та наднові зірки. - М., 1985 (http://www. astronet.ru/db/msg/1201870/07).
22. Рис М., Руффіні Р., Уілер Дж. Чорні дірки, гравітаційні хвилі та космологія. - М: Світ, 1977.
23. Рибкін В.В. Чорні дірки та мета еволюції біосфер. - Новосибірськ, 2014, самовидавництво.
24. Стейсі Ф. Фізика Землі. - М: Мир, 1972.
25. Найвідоміша чорна діра показала астрономам магнітне поле (http://lenta.ru/news/2011/03/25/magnetic/_Prited.htm).
26. Хойл Ф., Вікрамасінг Ч. Комети - засіб пересування в теорії панспермії. - У кн.: Комети та походження життя. - М: Мир, 1984.
27. Цвєтков Д.Ю. Наднові зірки. (http://www.astronet.ru/db/msg/1175009).
28. Чорна діра (https://ua.wikipedia.org/wiki/Чорна діра).
29. Шкловський І.С. Зірки: їх народження, життя та смерть. - М: Наука, 1984.
30. Шкловський І.С. Проблеми сучасної астрофізики. - М: Наука, 1988.
31. Gilfanov M., Bogdan A. An upper limit contribution of acreting white dwarfs the type Ia supernova rate. - «Nature», 18 лютого 2010 року.
32. Zamaninasab M., Clausen-Brown E., Savolainen T., Tchehowsky A. Dynamically важливі magnetic fields поблизу придбання supermassive black holes. - Nature 510, 126-128, (05 June 2014).

Масивна чорна дірка у центрі спіральної галактики. Автори та права: NASA.

Хочете почути щось круте? У центрі Чумацького Шляху величезна чорна діра. І не просто величезна чорна діра, а надмасивна чорна діра, маса якої більш ніж у 4,1 мільйона разів більша за масу Сонця.

Вона знаходиться всього за 26 000 світлових років від Землі прямо в центрі нашої галактики, у напрямку сузір'я Стрільця. І, як знаємо, вона розриває і поглинає як зірки, а й цілі зоряні системи, які наблизяться до неї, збільшуючи цим свою масу.

Зачекайте, це звучить зовсім не круто, швидше за це звучить страшно. Правильно?

Не хвилюйтеся! Насправді у вас немає жодного приводу для хвилювання, якщо ви не плануєте прожити кілька тисяч мільйонів років, як, наприклад, я завдяки перенесенню моєї свідомості у віртуальну реальність.

Чи поглине ця чорна діра Чумацький Шлях?

Відкриття надмасивної чорної діри (СЧД) у центрі Чумацького Шляху, як і виявлення СЧД майже в усіх інших галактиках, є одним із моїх улюблених відкриттів в астрономії. Це одне з тих відкриттів, яке водночас із відповідями на одні питання породжує інші питання.

Ще в 1970-і роки, астрономи Брюс Балік і Роберт Браун виявили інтенсивне джерело радіовипромінювання, що йде від центру Чумацького Шляху, із сузір'я Стрільця.

Вони окреслили це джерело Sgr A*. Зірочка означає "захоплюючий". Ви думаєте, що я жартую, але ні. На цей раз, я не жартую.

У 2002 році астрономи виявили, що зірки проносяться повз цей об'єкт по сильно витягнутих орбітах, подібно до комет, що кружляють біля Сонця. Уявіть собі масу нашого Сонця. Потрібна колосальна сила, щоб розгорнути його!

Масивна чорна діра у виставі художника. Автори та права: Alain Riazuelo / CC BY-SA 2.5.

Тільки чорні діри зможуть зробити це, і в нашому випадку ця чорна діра в мільйони разів масивніша за наше Сонце – це надмасивна чорна діра. З відкриттям СЧД у центрі нашої галактики астрономи зрозуміли, що чорні дірки перебувають у центрі кожної галактики. У той же час, відкриття надмасивних чорних дірок допомогло відповісти на одне з головних питань астрономії: що таке квазар?

Виявляється, що квазари та надмасивні чорні дірки це одне й те саме. Квазари – це самі чорні дірки, лише, що у процесі активного поглинання матеріалу з акреційного диска, що обертається навколо них. Але чи в небезпеці ми?

У короткостроковій перспективі – ні. Чорна діра в центрі Чумацького Шляху знаходиться за 26 000 світлових років від нас і навіть якщо вона перетвориться на квазар і почне поглинати зірки, ми дуже нескоро помітимо це.

Чорна діра - це величезної маси об'єкт, що займає невелику область простору. До того ж, якщо ви заміните Сонце чорною діркою з такою ж масою, то нічого не зміниться. Я маю на увазі те, що Земля продовжуватиме свій рух по тій же орбіті протягом мільярдів років, тільки вже довкола чорної діри.

Те саме і з чорною діркою в центрі Чумацького Шляху. Вона не втягує матеріал як пилосос, вона виступає лише як свого роду гравітаційного якоря для групи зірок, що знаходяться на орбіті навколо неї.

Стародавній квазар у виставі художника. Автори та права: NASA.

Для того, щоб чорна дірка поглинула зірку, остання має рухатися у напрямку СЧД. Вона повинна перетнути обрій подій, діаметр якого в нашому випадку приблизно в 17 разів більше сонячного. Якщо зірка наблизиться до горизонту подій, але не перетне його, то вона, найімовірніше, буде розірвана. Однак це відбувається дуже рідко.

Проблеми починаються тоді, коли ці зірки взаємодіють один з одним, через що змінюють свої орбіти. Зірка, яка щасливо жила на своїй орбіті мільярди років, може бути потривожена іншою зіркою та збитися зі своєї орбіти. Але це буває не часто, тим більше в галактичному передмісті в якому ми і знаходимося.

У довгостроковій перспективі основна небезпека полягає у зіткненні Чумацького Шляху та Андромеди. Це станеться приблизно через 4 мільярди років, внаслідок чого з'явиться нова галактика, яка може одержати назву Млекомеда. Раптом з'явиться багато нових зірок, що взаємодіють один з одним. При цьому зірки, які були в безпеці раніше, змінюватимуть свої орбіти. До того ж, у галактиці з'явиться і друга чорна діра. Чорна діра Андромеди може бути в 100 мільйонів разів масивніше нашого Сонця, так що це досить велика мета для зірок, охочих загинути.

То чи поглине чорна діра нашу галактику?

У найближчі кілька мільярдів років все більше і більше галактик стикаються з Млекомедою викликаючи хаос і руйнування. Звичайно, Сонце загине приблизно через 5 мільярдів років, тож це майбутнє не буде нашою проблемою. Ну, добре, з моєю вічною віртуальною свідомістю це все ще буде моєю проблемою.

Після того, як Млекомеда поглине всі довколишні галактики, у зірок буде просто незліченна кількість часу, протягом якого вони взаємодіятимуть між собою. Деякі з них будуть викинуті з галактики, а деякі скинуті до чорної діри.

Але багато інших будуть у безпеці чекаючи часу, коли надмасивна чорна діра просто випарується.

Таким чином, чорна дірка в центрі Чумацького Шляху повністю і абсолютно безпечна. За життя Сонця, воно не буде взаємодіяти з нами будь-яким з представлених вище способів, або споживати більше, ніж кілька зірок на рік.

Астрофізики зафіксували найдовшу за всю історію спостережень загибель зірки у чорній дірі – тривалість процесу перевищила аналогічні випадки більш ніж у 10 разів. Справа в тому, що чорна діра поглинає зірку вдвічі більше за Сонце по масі. За словами вчених, за час активного спостереження за Всесвітом загибель такої великої зірки у чорній дірі спостерігається вперше. Про те, чи зможе виявлений процес пролити світло на освіту чорних дірок величезної маси через мільярд років після виникнення Всесвіту – у матеріалі RT.

• Загибель зірки у чорної діри XJ1500+0154 у виставі художника. У нижній частині - фото того, що відбувається: у видимому спектрі (ліворуч), в рентгенівському діапазоні
• nasa.gov

Випадкове відкриття

Процес зафіксувала міжнародна група вчених, роботою яких керував Дачен Лін із Космічного наукового центру університету Нью-Гемпшира. Аналогічні події на пам'яті вчених займали максимум близько року, тоді як процес, що відбувається у чорної дірки під назвою XJ1500+0154, розпочався ще 2005 року. Загиблу під дією приливних сил зірку розірвало на частини, і надмасивна чорна діра продовжує поглинати залишки.

Рентгенівське випромінювання, яке випускається розігрітими до мільйонів градусів осколками зірки, астрофізики помітили випадково за допомогою космічного телескопа XMM-Newton. У той момент вони вивчали скупчення галактик під назвою NGC 5813 у сузір'ї Діви за 105 мільйонів світлових років від Землі. Сильне випромінювання привернуло увагу вчених на етапі аналізу знімків NGC 5813. У 2008 році телескоп «Чандра» зафіксував, що інтенсивність випромінювання об'єкта, що випадково потрапив на знімок і знаходився набагато далі вивчається скупчення галактик, перевищила перші зафіксовані значення. У наступні роки, включаючи 2014-й та 2016-й, додаткові дані отримав телескоп Swift.

Головне - правильно харчуватися

«Велику частину часу спостереження об'єкт швидко зростає, - зазначив Джеймс Гіллочон із Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики. — Це говорить дещо незвичайне: чорна діра поглинає зірку вдвічі більше за Сонце по масі».

За словами вчених, за час активного спостереження за Всесвітом загибель такої великої зірки у чорній дірі спостерігається вперше.

Крім того, дослідники зазначили, що рентгенівське випромінювання, що реєструється, регулярно виходить за допустимі рамки так званої межі Еддінгтона. Цей параметр вказує на співвідношення нагрітої речовини, що випускається, і сили тяжіння, яка притягує речовину до центру об'єкта. Виходячи з того, як порушується це співвідношення біля чорної діри, що спостерігається, астрофізики дійшли висновку, що вона росте швидше за вважався нормальним темпом. За їхніми словами, подібним чином могли з'являтися надмасивні чорні дірки лише через мільярд років після утворення Всесвіту. Це важливий висновок, оскільки стародавні об'єкти такої величезної маси — в мільярди разів більші за Сонце — вже фіксувалися, але їх виникнення до кінця не зрозуміло.

З 1990 років астрономи не раз спостерігали розпад зірки та поглинання її чорною діркою. У цьому процесі, потрапивши під дію сили тяжіння потужного об'єкта, зірка розпадається на фрагменти. Речовина, з якої вона складалася, розподіляється як плоский диск. Більшу його частину і поглинає чорна діра, а решта розсіюється у просторі.

У зафіксованому випадку, крім загибелі масивної зірки, є й інший варіант, не менш інтригуючий. Якби до чорної діри наблизилася зірка скромніших розмірів і розпалася б повністю, ефект, що спостерігається, був би той же. Зазвичай повного поглинання немає, отже цю подію побачили б вперше під час дослідження космосу.

Останні рентгенівські промені

Місце, де розташована чорна діра, яку жартома вже називають найбільш ненажерливою з тих, що коли-небудь спостерігалися, збігається з імовірним розташуванням космічного об'єкта величезної маси в центрі невеликої галактики, де активно йде освіта зірок. Про детальні знімки того, що відбувається на такій відстані від Землі — 1,8 млрд світлових років, очевидно, говорити не доводиться. Проте своє бачення загибелі величезної зірки через чорну дірку представили художники.

У наступні кілька років фахівці очікують на падіння інтенсивності випромінювання: уламки величезної зірки, якими живиться чорна діра, будуть закінчуватися. Частина їх розсіється в космосі. Астрофізики зазначають, що випромінювання вже пішло на спад, проте об'єкт все ще зберігає неймовірну яскравість.

Як заявили дослідники, знаючи про можливість процесів із властивостями, які вдалося встановити, вони розпочнуть пошук аналогічних випадків. Однак вони зазначають, що продовжать стежити і за XJ1500+0154. По-перше, вони зможуть відстежити зміни випромінювання, яке, за їх прогнозами, триватиме ще близько 10 років. По-друге, їхні власні висновки поки що потребують додаткової перевірки.

Вчені підозрювали, що потужність радіовипромінюючих викидів із чорної діри залежить від швидкості акреції, але раніше не спостерігали цей зв'язок безпосередньо.

Like Love Haha Wow Sad Angry

11 листопада 2014 року глобальна мережа телескопів отримала сигнали від вибуху, що виник у 300 мільйонах світлових років від Землі в момент, коли чорна діра розірвала зірку, що проходить повз неї. Астрономи націлилися на подію іншими телескопами, що дозволило більше дізнатися, як чорні діри поглинають матерію і регулюють зростання галактик.

Вчені з Массачусетського технологічного інституту (США) та Університету Джона Хопкінса (США) зловили радіосигнали, що на 90% перетинаються з тими далекими рентгенівськими сплесками, але відбуваються із затримкою за 13 днів від них. Вони вважають, що дані свідчать про гігантський струмінь високоенергетичних частинок, що випливають із чорної дірки внаслідок падіння зіркового матеріалу.

Поглинання зірки чорною діркою у виставі художника. Credit: ESO/L. Calçada

Ведучий автор дослідження Дехей Пашам вважає, що потужність струменя, що вилітає з чорної дірки, якимось чином контролюється швидкістю, з якою вона живиться зруйнованою зіркою. «Сита» чорна діра створює сильний струмінь, у той час як чорна діра, що недоїдає, виробляє слабкий джет або взагалі не має його. Вчені підозрювали, що потужність викидів залежить від швидкості акреції, але раніше не спостерігали цей зв'язок безпосередньо.

Предмет обговорень

Ґрунтуючись на теоретичних моделях еволюції чорних дірок у поєднанні зі спостереженнями віддалених галактик, вчені мають загальне розуміння того, що відбувається під час події приливної руйнації: коли зірка проходить близько до чорної діри, гравітаційна тяга чорної діри збуджує приливні сили на зірці, подібно до того, як Місяць створює океанічні припливи Землі. Гравітація чорної дірки настільки величезна, що може зруйнувати зірку. Зоряні уламки потрапляють у вихор матеріалу, який живить монстра.

Весь процес генерує колосальні сплески енергії з усього електромагнітного спектру. Вчені спостерігали їх на оптичних, ультрафіолетових та рентгенівських смугах, а також на радіохвилях. Джерелом рентгенівських випромінювань вважається ультрахолодний матеріал внутрішніх областей акреційного диска, який ось-ось впаде в чорну дірку, а оптичне та ультрафіолетове випромінювання, ймовірно, надходить від зовнішніх областей акреційного диска.

Однак те, що породжує радіовипромінювання під час припливного руйнування, ще обговорюється. Деякі вчені припускають, що в момент зоряного вибуху ударна хвиля поширюється назовні і збуджує частки плазми в навколишньому середовищі, яке, у свою чергу, випромінює радіохвилі. За такого сценарію картина радіохвиль радикально відрізнятиметься від картини рентгенівських променів, що походять від зіркових уламків, і нове дослідження кидає виклик цій парадигмі.

Картина зсуву

Дехей Пашам та його колега Сьорт ван Велцен з Університету Джона Хопкінса переглянули дані, зареєстровані в результаті спалаху, виявленого у 2014 році глобальною мережею телескопів ASASSN (All-sky Automated Survey for Supernovae). Незабаром після цього відкриття кілька телескопів зосередилися на цій незвичайній події. Вчені простежили радіоспостереження трьох телескопів за 180 днів і виявили явний збіг з рентгенівськими даними тієї ж події, хоч і дещо зміщену за часом. Астрономи встановили, що набори даних мають 90-відсоткову схожість при зрушенні на 13 днів. Тобто флуктуації у рентгенівському спектрі через 13 днів виявились у радіодіапазоні.

"Визначити таку залежність може лише фізичний процес, який якимось чином пов'язує рентгенівське випромінювання потоку акреції з областю радіовиробництва", - пояснює Дехей Пашам.

З цих же даних вчені підрахували, що розмір рентгенівських променів області, що виробляє, приблизно в 25 разів перевищує розмір Сонця, тоді як радіовипромінююча область приблизно в 400 000 разів перевищує радіус Сонця. Команда припускає, що радіохвилі випромінюються струменем частинок високих енергій, які почали витікати із чорної дірки невдовзі після поглинання матеріалу знищеної зірки.

Оскільки область джета, в якій радіохвилі були сформовані, неймовірно щільно заповнена електронами, більшість випромінювання була негайно поглинена іншими електронами. Тільки коли електрони просунулися джетом, радіохвилі були вивільнені. Це і був сигнал, який зрештою виявили дослідники. Таким чином, потужність струменя контролюється швидкістю акреції, з якою чорна діра поглинає зіркові уламки, що випромінюють у рентгенівському діапазоні.