10 февраля в Lenta появилось сообщение, что астрономы получили необычное изображение двух столкнувшихся галактик - в результате встречи образовалось кольцо из гигантских молодых звезд, "украшенное" множеством черных дыр. Сфотографированный объект под названием Arp 147 удален от Земли на 430 миллионов световых лет.
14 февраля в там же следующая новость: Ученые предложили способ определять присутствие черных дыр, наблюдая космическое пространство при помощи наземных телескопов. Эти чрезвычайно массивные объекты характерным образом искривляют пути излучения, и расчеты астрономов показывают, что возникающий рисунок можно зафиксировать с Земли. Заметку сопровождает рисунок вихревого потока, устремляющегося по ниспадающей спирали к светлому пятну - черной дыре (ЧД).
Рисунок 1
Очень хочется понять тех, кто отождествляет ЧД с воронками, нанося на воронки сетки, придающие им схожесть с глобусами (рис.1). Что символизирует сетчатая воронка? Какой параметр системы можно изобразить таким графиком? С пространством, гравитационным полем, которые ей приписывают, воронка уж точно не ассоциирует! Но именно в воронках рисуют человечков с длинными ногами и утверждают, что участь любого материального тела, оказавшегося вблизи черной дыры - быть разорванным.
Во многих заметках, похожих на приведенные в начале, утверждается, что рост гравитационных сил на маленьком отрезке вблизи ЧД настолько огромен, что способен рвать не только молекулы, но и ядра атомов. Попробуем просчитать ситуацию.
Рисунок 2
На рис.2 изображен человек, общей массой 80 кг, ростом 180 см, раздираемый разницей гравитационного притяжения ЧД по причине разной удаленности от центра притяжения верхней и нижней половинок организма. Примем расстояние между половинками h=0.8 м, и допустим, что тело не разорвется от полутонны. Составим и решим уравнение:
F1 - F2 = F = 5000 H
где: G=6,672∙10 -11 Hм2/кг2 - гравитационная постоянная, М=2∙10 30 - масса ЧД, принятая равной массе Солнца, m=40 кг - вес половинки, F - разрывающая сила. Ответ: лишь на расстоянии R=1200 км от ЧД человеку станет по-настоящему больно. Вычисленное расстояние в полтора раза меньше радиуса Луны.
Попробуем отдирать друг от друга микрочастицы, состоящие из миллиардов молекул. Возьмем кубик качественной стали (50Х ГОСТ 4543-71) с ребром один микрон, выдерживающей напряжение разрыва σВ=1000 МПа. В таком случае, m=4∙10-12 кг, h=5∙10-7 м, F=0,001 Н. Расчет по выше приведенной формуле даст R=81 м.
Здесь следует вспомнить, что гравитационный радиус Солнца составляет 3 км, что в 37 раз превышает вычисленный радиус распада частиц на молекулы. Гравитационный радиус, напомню, это когда первая космическая скорость на данном удалении превышает скорость света.
Вывод следующий: для ЧД с массой равной солнечной, частицы пыли начнут рваться и излучать тепловые электромагнитные волны в зоне, из которой излучение вырваться не может.
Видимый свет может появиться лишь при разрыве молекул. Просчитывать разрыв молекулы нет смысла - искомый радиус получиться минимум на порядок меньше радиуса разрыва частицы на молекулы.
За гамма-излучение отвечают ядра атомов. Нет сомнения в том, что порвать ядро труднее, чем молекулу, тем более гравитацией. Габариты ядра микроскопичны в сравнении с молекулой.
Необходимо помнить о том, что на свободное тело гравитация не действует - оно находится «в невесомости». Никакого условия по направлению первоначального движения к телу не предъявляется. Стоит человеку в прыжке оторваться от опоры, как он перестает ощущать притяжение Земли. Методики обнаружения ЧД, в этом плане, противоречат моему инженерному опыту. Во-первых, заставляют газ устремляться к дыре в немыслимом количестве, хотя этому противодействуют растущие давление и температура.
Во-вторых, газ начинает излучать электромагнитные волны в ультрафиолетовом и рентгеновском диапазоне на расстояниях в миллионы километров от ЧД. Именно свечение позволяет сегодня астрономам видеть дыры крупными звездами, удаленными на сотни миллионов световых лет, то есть, видеть объекты в соседних галактиках.
Расчет повышения температуры газа из-за повышения давления при приближении к ЧД, например, с привлечением формул Пуассона и лучевого теплообмена, невозможен, так как неизвестны скорости и длительность процесса, даже под сомнением остается само повышение давления. Но можно исходить из обратимости процесса - космический газ принять за расширившуюся и остывшую солнечную корону, и прокрутить «кино» обратно. Эффектного зрелища, как на рисунках, сопровождающих обычно заметки о ЧД, однозначно, не будет.
Радиус Солнца (700 тысяч километров), а оно не гигант галактики, все же несоизмеримо велик в сравнении с радиусами, вычисленными выше.
Свечение, приписываемое ЧД с недавних пор, противоречит ее названию. Ошибку исправлять не спешат. Мешает другая странность, требуемая для объяснения свечения. Речь идет об аномалии гравитационного поля ЧД. Теорий происхождения ЧД сегодня много, их стало возможным наделять всякими свойствами. Остановимся на варианте, знакомом еще Эйнштейну- коллапс звезды. Обладая массой, намного больше той, которую следует иметь ЧД, еще не взорвавшаяся звезда ведет себя доброжелательно как в отношениях со своими планетами, так и в отношениях с газопылевыми структурами на окраине своей системы. Например, большей частью открытые экзопланеты представляет собой газовые гиганты, превосходящие размером Юпитер, но находящиеся на орбитах, недотягивающих до меркурианской. Столь компактные планетные системы чувствуют себя хорошо.
Долговечны и двойные звезды, тот же Сириус. В астрофизике, почему-то, все кардинально меняется, если звезду заменить ЧД. Она начинает поедать все близкое окружение. Жор такой, что сумевшая улететь энергия превосходит по мощности излучаемую ранее звездой. Дыры наделяются почти вечной жизнью, хотя питаются крохами, единицами процентов от массы их породивших звезд. Скромность и плохой аппетит, как следует из жизни звезд, губит не только людей.
Недавно читал, как сказочно повезло японскому астроному - он стал свидетелем того, как ЧД проглотила пролетавшую рядом звезду. Все произошло настолько быстро (три дня), что его коллеги могли любоваться лишь фотографиями. Жалко звезду: будь на месте ЧД любое другое космическое тело, все обошлось бы, или процесс растянулся на миллионы лет с непредсказуемым результатом.
С уважением, А.Кимерал, 10.2011.
kimeral@quantor-t.ru |
