Черные дыры, пульсары и двойные системы

Реферат

на тему

«Черные дыры, пульсары и двойные системы»

уч-ка 11 А класса

средней школы №124

Павловича Сергея

Черные дыры

Чёрные дыры образуются в результате коллапса гигантских звёзд массой более трёх масс Солнца. При сжатии их гравитационное поле уплотняется до бесконечности. Вскоре звезда сжимается до такой плотности, что свет уже не может преодолеть притяжение этой звезды. Радиус, до которого должна сжаться звезда, чтобы перейти в черную дыру называется гравитационным радиусом. Для массивных звёзд он составляет несколько км. Четыре года назад группа американских и японских астрономов направила свои телескоп на созвездие Гончих Псов на находящуюся там спиральную туманность М106. Эта галактика удалена от нас на 20 миллионов световых лет, но ее можно увидеть даже с помощью любительского телескопа. Многие считали, что она такая же, как и тысячи других галактик. При внимательном изучении оказалось, что у галактики М106 есть одна редкая особенность - в ее центральной части находится природный квантовый генератор - мазер.

Это газовые 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 наблюдения галактики М106 обнаружили странное поведение ее космического мазера. Оказалось, что облака вращаются вокруг какого-то центра, удаленного от них на 0.5 светового года. Особенно заинтересовала астрономов скорость этого вращения: периферийные слои облаков перемещались на четыре миллиона километров в час! Это говорит о том, что в центре сосредоточена гигантская масса. По расчетам она равна 36-ти миллионам солнечных масс. 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 интенсивном источнике радиоизлучения - обнаружена чёрная дыра, в которой сосредоточено 2 миллиарда масс Солнца! В 1963 году американский астроном М. Шмидт высказал предположение, что недавно обнаруженный точечный источник радиоволн может быть черной дырой, еще не полностью закрытой "капсулой" искривленного пространства. Через год советский физик академик Яков Зельдович и его американский коллега физик Эдвин Солпитер сообщили о разработанной ими модели. Модель показала: черная дыра притягивает газ из окружающего пространства, и вначале он собирается в диск возле нее. От столкновений частиц газ разогревается, теряет энергию, скорость и начинает по спирали приближаться к черной дыре. Газ, нагретый до нескольких миллионов градусов, образует вихрь, имеющий форму воронки. Его частицы мчатся со скоростью 100 тысяч километров в секунду. В конце концов, вихрь газа доходит до "горизонта событий" и навечно исчезает в черной дыре. Мазер в галактике М106, о котором шла речь в самом начале, 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 образуются такие гиганты, которые астрономы уже наблюдают, объяснений пока нет. Наблюдения так называемых систем двойных звезд, когда в телескоп видна лишь одна звезда, дают основание считать, что невидимый партнер - черная дыра. Звезды этой пары расположены так близко одна к другой, что невидимая масса "высасывает" вещество видимой звезды и поглощает его. В некоторых случаях удается определить время оборота звезды вокруг ее невидимого партнера и расстояние до невидимки, что позволяет рассчитать скрытую от наблюдения массу. Первый кандидат на такую модель - пара, обнаруженная в начале семидесятых годов. Она находится в созвездии Лебедя (обозначена индексом Cygnus XI) и испускает рентгеновские лучи. Здесь вращаются горячая голубая звезда и, по всей вероятности, черная дыра с массой, равной 16 массам Солнца. Другая пара (V404) имеет невидимую массу в 12 солнечных. Еще одна подозреваемая пара - рентгеновский источник (LMCХ3) в девять солнечных масс находится в Большом Магеллановом Облаке. Все эти случаи хорошо объясняются в рассуждениях Джона Мишелла о "темных звездах". В 1783 году он писал: "Если светящиеся тела вращаются вывод о существовании этого центрального тела". Нынешний успех астрономии доказывает вокруг невидимого чего-то, то мы должны быть в состоянии из движения этого вращающегося тела с известной вероятностью сделать, что черные дыры - не просто экзотические объекты Вселенной, окрыляющие нашу фантазию, они заставляют задуматься над тем, что многие причудливые особенности природы еще не познаны. Два итальянских астронома, Луиджи Стелла и Марио Виертри, на основе данных, полученных со спутника RXTE, открыли искривление пространства около нейтронной звезды, правда, очень слабое. Уже создается спутник, названный "Gravity Probe В", специально приспособленный для исследования эффектов теории относительности. Его старт планируется на 2000 год.

Радиопульсар

История открытия пульсаров весьма интересна. В первые годы развития радиоастрономия больше всего страдала от "плохого зрения". В середине шестидесятых радиоастрономы Великобритании решили провести первый полный обзор северного полушария неба по выявлению мерцающих радиоисточников на волне 75 см. Анализ наблюдений поручили аспирантке Кембриджского университета Джослин Бэлл. Вскоре Джослин обнаружила быстропеременный источник - "помеху", наблюдающийся поздней ночью, когда мерцания источников не должно было быть. Точность повторения импульсов была феноменальна. Поэтому, сначала астрономы думали, что открыли сигналы внеземной цивилизации, и открытие держали в строгом секрете. Позже эти источники назвали пульсарами по характеру их излучения. За открытие астрономы получили Нобелевскую премию.

В настоящее время установили, что пульсары - это нейтронные звёзды, образовавшиеся после вспышек сверхновых. Масса такой звезды в полтора раза больше массы солнца, а радиус около десяти км. Она генерирует узконаправленный поток излучения. В результате вращения звезды поток попадает в поле зрения внешнего наблюдателя через равные промежутки времени - так образуются импульсы пульсара.

Двойные системы

Последние 20 лет постоянно примерно 3 - 4 раза в год пресса сообщает об открытии чёрных дыр. На самом деле открываются не чёрные дыры, а кандидаты в чёрные дыры. Хотя мало кто из исследователей сомневается в их "чернодырности". Дело в том, что точность измерений невелика. Для того чтобы измерить все физические параметры, нужна космическая лаборатория со своей системой измерений. Есть ли такая лаборатория? Да есть! Это - радиопульсар. Радиопульсар - это не просто быстровращающаяся магнитная нейтронная звезда, излучающая радиоимпульсы. Радиопульсар - это идеальные сверхточные часы, своеобразный стандартный метр, только эти образцы времени разбросаны по всей вселенной. Всего в галактике их около 500 000, а в двойные системы входит около 30 000 из них, они - то и особенно интересны. Изменение хода часов, целиком зависит от гравитационного поля (а, следовательно, от массы соседки, создающей это поле), значит часы - идеальные весы. Сейчас известны радиопульсары в паре с белыми карликами, с нейтронными звёздами, и даже планетарными системами. А нет ли их в паре с чёрными дырами? Использовав такую связь, мы могли бы взвесить черные дыры, и даже зондировать (с помощью радиоволн) буквально "на краю пропасти".

На множество радиопульсаров не хватает чувствительности радиотелескопов. Однако, подсчитав на компьютере, учёные из МГУ им. Ломоносова во главе с В.М. Липуновым убедились, что таких пар, даже при самых худших вариантах, должно быть несколько тысяч, и вскоре они должны быть открыты.

Список литературы

1. В.М. Липунов, Искусственная Вселенная, 1998, 6, Сороссовский образовательный журнал.

2. Энциклопедия для детей, Т. 8., Астрономия.