anotação

O artigo investiga a questão de como pode ser o processo de absorção de um planeta por um pequeno buraco negro para um observador externo. Um buraco pode ser formado como resultado dos experimentos físicos de uma civilização, ou pode entrar no planeta do espaço sideral. Tendo tomado uma posição no centro do planeta, o buraco gradualmente o absorve. A maior liberação de energia é facilitada pelo campo magnético do planeta, que está cada vez mais concentrado próximo ao buraco devido ao fenômeno de "congelamento" das linhas do campo na substância condutora e de acordo com a lei de conservação do fluxo magnético. A maior liberação de energia ocorre na fase final da absorção do planeta, quando um campo magnético dipolar com indução nos polos da ordem é formado próximo a um buraco com raio de . Um campo dessa magnitude controla completamente o movimento da substância condutora, e seu influxo no orifício ocorre principalmente na região dos pólos, ao longo das linhas de força do campo. Alguma parte das linhas do campo magnético na região dos pólos, próximo ao horizonte de eventos, forma uma torção quase sob . Como resultado, a matéria caindo a uma velocidade próxima à velocidade da luz muda abruptamente sua direção de movimento e experimenta uma grande aceleração comparável à que ocorreria ao atingir uma superfície sólida. Isso contribui para a conversão de energia cinética em energia térmica. Como resultado, em cada pólo magnético do buraco, um pouco acima do horizonte de eventos, um ponto quente é formado com uma temperatura de cerca de . A esta temperatura, ocorre intensa radiação de neutrinos com energia, cujo caminho livre médio no líquido de nêutrons circundante com densidade é de cerca de . Esses neutrinos aquecem o líquido de nêutrons perto de pontos quentes, incluindo aqueles fora dos tubos magnéticos, que têm um raio nos pólos do buraco. Em última análise, a energia térmica liberada sobe para a superfície do planeta através de fluxos de matéria quente formados devido à ação da força de Arquimedes. Nas imediações do planeta, a energia é emitida na forma de raios-X do plasma quente. A nuvem de gás resultante ao redor do planeta não é transparente aos raios X e a energia vai para o espaço sideral da superfície da nuvem (fotosfera) na forma de radiação de luz. Os cálculos realizados no trabalho mostraram que as energias totais observadas da emissão de luz das supernovas correspondem às massas dos planetas 0,6 - 6 massas da Terra. Nesse caso, o poder de radiação calculado de uma supernova “planetária” durante o brilho máximo é de 10 36 − 10 37 W, e o tempo para atingir o brilho máximo é de cerca de 20 dias. Os resultados obtidos correspondem às características realmente observadas das supernovas.

Palavras-chave: buraco negro, supernova, fluxo cósmico de neutrinos, explosões de raios gama, campo magnético planetário, fluido de nêutrons, explosão estelar, estrela de nêutrons, anã branca, meteoritos de ferro, formação de côndrulos, teoria da panspermia, evolução das biosferas.

O fenômeno de uma supernova consiste no fato de que uma fonte quase pontual de radiação de luz aparece repentinamente na galáxia, cuja luminosidade, ao atingir o brilho máximo, pode exceder , e a energia total de radiação de luz liberada durante o tempo de brilho é . Às vezes, a luminosidade de uma supernova acaba sendo comparável à luminosidade integral de toda a galáxia em que ela é observada. Uma supernova que explodiu em 1054 em nossa galáxia na constelação de Touro e foi observada por astrônomos chineses e japoneses era visível mesmo durante o dia.

As supernovas de acordo com algumas de suas características, como primeira aproximação, são divididas em dois tipos. As supernovas do tipo I formam um grupo bastante homogêneo de objetos em termos da forma da curva de luz. A curva característica é mostrada na Fig.1. As curvas de luz das supernovas do tipo II são um pouco mais variadas. Seus máximos são, em média, um pouco mais estreitos, e o declínio da curva no estágio final pode ser mais acentuado. As supernovas do tipo II são encontradas principalmente em galáxias espirais. .

Arroz. 1. Curva de luz de supernova tipo I.

As supernovas do tipo I surgem em todos os tipos de galáxias - espirais, elípticas, "irregulares" e estão associadas a estrelas normais com massas solares. Mas, como observado, essas estrelas não devem explodir. No estágio final de sua evolução, essa estrela se transforma em uma gigante vermelha por um curto período de tempo. Então ela joga fora de sua concha com a formação de uma nebulosa planetária e sua estrela permanece no lugar da estrela núcleo de hélio Como anã branca. Todos os anos nossa galáxia produz vários nebulosas planetárias e apenas cerca de uma vez a cada 100 anos uma supernova Tipo I entra em erupção.

Tentativas de explicar o fenômeno de uma supernova como resultado de uma explosão estelar são recebidas com dificuldades conhecidas. Assim, por exemplo, em supernovas, o brilho máximo dura cerca de 1-2 dias, enquanto de acordo com os cálculos de Imshennik V.S. e Nadezhina D. K. quando as estrelas explodem sequência principal brilho máximo não deve durar mais de 20 minutos. Além disso, o brilho máximo calculado acabou sendo centenas de vezes menor que o observado.

No atual estágio de pesquisa, modelos de estrelas explodindo estão sendo construídos usando os computadores mais poderosos. No entanto, ainda não foi possível construir um modelo em que a evolução gradual de uma estrela levaria à geração do fenômeno da supernova. Às vezes, ao construir tal modelo em parte central a energia da explosão é colocada artificialmente na estrela, após o que o processo de expansão e aquecimento da casca da estrela é analisado.

Uma estrela massiva deve começar a encolher catastroficamente (colapsar) depois de esgotar todas as reservas de fontes de energia nuclear. Como resultado, uma estrela de nêutrons pode se formar em seu centro. Na década de 1930, Baade e Zwicky sugeriram que a formação de uma estrela de nêutrons poderia parecer uma explosão de supernova. De fato, durante a formação de uma estrela de nêutrons, grande energia, Porque a energia gravitacional é da ordem . Então, com o raio da estrela de nêutrons formada e massa , onde é a massa do Sol, energia gravitacional . Mas essa energia é liberada predominantemente na forma de neutrinos, e não na forma de fótons e partículas de alta energia, como Baade e Zwicky presumiram originalmente. Nas partes internas da estrela de nêutrons, onde a densidade é maior que o caminho livre médio do neutrino é apenas do raio da estrela de nêutrons, ou seja, . Portanto, os neutrinos se difundem lentamente para a superfície e não podem se desprender da casca da estrela.

Ao construir modelos de supernovas com base no colapso de estrelas, a questão permanece se o colapso, ou seja, A "explosão" direcionada para dentro da estrela se transformará em uma explosão direcionada para o espaço sideral. Apesar do enorme poder computacional dos computadores, as simulações do colapso de uma estrela massiva sempre levam ao mesmo resultado: nenhuma explosão ocorre. As forças da gravidade sempre vencem as forças direcionadas para longe da estrela, e apenas um "colapso silencioso" é observado. Conforme observado em "... nenhum dos modelos existentes reproduz todo o complexo de fenômenos associados a uma explosão de supernova e contém simplificações".

No que diz respeito às supernovas do tipo I, existe a hipótese de que elas sejam consequência do colapso em uma estrela de nêutrons de uma estrela de hélio compacta de uma anã branca, cuja massa ultrapassou (o limite de Chandrasekhar). Se uma anã branca faz parte de um sistema binário próximo, então a razão para o aumento de sua massa pode ser o acréscimo de matéria que flui da estrela companheira. Neste caso, o disco de acreção torna-se uma fonte de raios-X. No entanto, as medições do fundo de raios-X provenientes de galáxias elípticas realizado usando o observatório orbital Chandra mostrou que o fluxo de raios-X observado é 30-50 vezes menor do que o esperado. Portanto, de acordo com os autores do estudo, Gilfanov e Bogdan, isso atesta a hipótese da origem das supernovas com base na fusão de duas anãs brancas com a formação de uma massa de mais de . Mas poucos pares próximos de anãs brancas são conhecidos, e não está claro o quão difundidos eles são.

Em conexão com as dificuldades existentes em explicar as supernovas pela manifestação externa de estrelas explodindo ou colapsando, é interessante considerar o fenômeno da supernova como o processo do planeta sendo engolido por um pequeno buraco negro. Esse buraco pode ser criado artificialmente no planeta ou pode vir do espaço sideral para o planeta.

Como você sabe, um buraco negro é caracterizado por um certo raio crítico obtido por Schwarzschild com base nas equações da Teoria Geral da Relatividade (GR):

Onde é a constante gravitacional, a velocidade da luz, a massa do buraco negro. A superfície que limita uma região do espaço com um raio é chamada de horizonte de eventos. Uma partícula localizada no horizonte de eventos não tem a oportunidade de ir ao "infinito", porque superando o campo gravitacional, ele desperdiça completamente sua energia.

Segue-se das soluções das equações GR que o centro do buraco negro deve conter uma singularidade na métrica espaço-tempo (singularidade). No caso de um buraco negro de Schwarzschild, é um ponto com infinitas alta densidade matéria.

Se um buraco negro estiver em contato com a matéria, ele começará a absorvê-la e aumentar sua massa até que toda a matéria, como um planeta, seja atraída para o buraco.

Buracos negros microscópicos podem ser formados diretamente no planeta, por exemplo, como resultado de experimentos em aceleradores, durante os quais partículas de alta energia colidem. De acordo com a teoria de Hawking, um buraco negro microscópico no vácuo deve evaporar quase instantaneamente. No entanto, até o momento não há resultados experimentais que confirmem essas conclusões teóricas. Além disso, as propriedades de tais buracos encontrados na substância não foram estudadas. Aqui eles podem atrair a matéria para si e cercar-se com uma casca de matéria superdensa. É possível que o buraco negro não evapore, mas aumente gradualmente sua massa. Buracos negros podem entrar na matéria, por exemplo, quando um feixe de partículas aceleradas atua em elementos da estrutura do acelerador ou em um alvo especial. Também é possível que buracos negros microscópicos no vácuo vivam tempo suficiente para voar do ponto de colisão do feixe até a parede da câmara do acelerador. Depois de atingir os buracos na substância, eles estão gravitacionalmente se estabelecendo em direção ao centro do planeta.

A taxa na qual a matéria cai em um buraco negro no horizonte de eventos é limitada pela velocidade da luz, então a taxa de absorção da matéria é proporcional à área da superfície do buraco. Devido à pequena área de superfície, o tempo de crescimento de um único buraco negro microscópico com uma massa da ordem da escala de Planck até um tamanho perigoso é muito longo e muitas vezes excede a idade dos planetas. No entanto, muitos desses buracos podem ser produzidos e, tendo atingido o centro do planeta, podem se fundir em mais um buraco maciço que poderia representar uma ameaça para o planeta. Seja inicialmente existem buracos negros separadamente existentes e cada um deles tem uma área de superfície e massa. Quando (1) é levado em consideração, sua área de superfície total é igual a . Depois que N furos se fundem em um, a área da superfície do furo total é . Pode-se observar que no primeiro caso e no segundo, respectivamente, a taxa de absorção da substância também aumenta muitas vezes. No centro do planeta existe uma região quase pontual onde a aceleração de queda livre é igual a zero. Todos os buracos negros se acumulam gradualmente nessa área e se fundem devido à atração mútua.

Buracos negros microscópicos também podem se formar naturalmente quando os planetas são bombardeados por raios cósmicos. Pode-se supor que em algum estágio de seu desenvolvimento, as civilizações produzem buracos negros com uma massa total muitas vezes maior do que sua massa formada devido à ação de raios cósmicos. Como resultado, o crescimento de um buraco no centro do planeta leva à cessação de sua existência. Um buraco negro de massa significativa pode ser criado no planeta com o objetivo de obter energia em um reator singular. Projetos desses dispositivos já estão sendo discutidos. Há também alguma probabilidade de tal evento, quando um buraco negro suficientemente massivo atinge o planeta a partir do espaço exterior circundante.

Você pode tentar encontrar no espaço os processos de liberação de energia correspondentes à absorção do planeta por um buraco negro. Caso tais processos realmente ocorram, isso, em particular, pode indicar indiretamente a existência de outras civilizações.

Para descrever os efeitos na vizinhança de um buraco negro, em alguns casos, basta usar uma aproximação baseada na teoria newtoniana. Aproximações newtonianas, em particular, foram usadas com sucesso por Shakura e Sunyaev, bem como por Pringle e Rees, na construção de um modelo de acréscimo de matéria por um buraco negro.

Estenderemos a teoria para tal região do espaço próxima ao buraco, quando a velocidade da matéria caindo é próxima à velocidade da luz, mas ainda difere tanto dela que aproximações não relativísticas levam a estimativas corretas quantidades físicas. Para não levar em conta o efeito da dilatação do tempo em um campo gravitacional forte, o processo de queda de matéria será considerado no sistema de coordenadas comoventes.

Se um corpo de teste com massa é lançado verticalmente para cima da superfície de um corpo com massa e raio, então a velocidade de “escape” pode ser encontrada a partir da igualdade da energia potencial e cinética

Assim, em , obtemos o raio do corpo , que coincide com o raio (1) obtido com base na relatividade geral. Segue de (2) que na aproximação newtoniana o potencial gravitacional de um buraco negro

Aqueles. Todos os buracos negros têm o mesmo potencial.

Deve-se notar que ainda não existe uma definição única de um buraco negro. Se partirmos da definição de Laplace de um buraco negro como um objeto invisível, então em uma das interpretações isso significa que depois de passar pela diferença de potenciais gravitacionais, a energia de um fóton e sua frequência tendem a zero. Além disso, assume-se que o fóton massa gravitacional e depois da igualdade segue-se que o potencial gravitacional deve ser atribuído ao buraco negro. Uma vez que consideramos mais adiante o processo da matéria caindo no buraco, partiremos do fato de que, de acordo com (3), ao usar a aproximação newtoniana, o potencial gravitacional do buraco é . Isso significa que no processo de queda livre em um buraco negro de massa M, o trabalho é feito no campo gravitacional

Que se transforma em energia cinética e a velocidade de queda perto do horizonte de eventos se aproxima da velocidade da luz. Parte dessa energia pode ser convertida em radiação. A uma dada taxa de acreção (incremento de massa), a potência da radiação eletromagnética é determinada pela expressão bem conhecida:

Onde é o coeficiente que caracteriza a eficiência de conversão de energia gravitacional em energia eletromagnética. Este coeficiente também pode ser usado para levar em conta a diferença nos potenciais gravitacionais do buraco ao usar diferentes abordagens.

Sabe-se que para um buraco negro de Schwarzschild não rotativo com uma queda de matéria esfericamente simétrica . A presença de um campo magnético de pequena escala perto de uma estrela aumenta muito o coeficiente de conversão de energia gravitacional (4) em radiação velocidade angular. Há atrito viscoso entre diferentes partes do gás, e o gás perde energia orbital, movendo-se para uma órbita mais baixa e se aproximando do buraco negro. Um gás aquecido por fricção viscosa torna-se uma fonte de radiação eletromagnética (raios-X). A radiação mais intensa vem da borda inferior do disco, onde a temperatura do gás é mais alta. Os discos de acreção são caracterizados pelo coeficiente de conversão de energia gravitacional.

Kerr obteve uma solução para as equações GR para um buraco negro girando no vazio. Um buraco negro de Kerr envolve o espaço circundante em rotação (o efeito Lense-Thirring). Quando gira com a velocidade limite da luz, o maior coeficiente de conversão da energia gravitacional é alcançado. Assim, no disco de acreção, ou seja. até 42% da massa da matéria incidente é convertida em radiação. No caso de um buraco de Kerr, a energia de sua rotação é convertida em energia de radiação.

Assim, sob certas condições, os buracos negros podem converter muito efetivamente a energia gravitacional da massa que cai neles em radiação eletromagnética. Para comparação: durante o período térmico reações nucleares no sol ou em uma explosão Bomba de hidrogênio.

Os cálculos do autor mostram que quando um planeta com um campo magnético é absorvido por um buraco negro, de acordo com a lei de conservação do fluxo magnético, um campo magnético dipolo superforte será formado próximo ao buraco. Algumas linhas de campo nos pólos acima do horizonte de eventos ficam dobradas (Fig. 2). Na área dessa quebra, a substância condutora que cai no buraco negro, mudando bruscamente a direção do movimento, experimenta uma grande aceleração, aproximadamente a mesma como se a substância colidisse com uma superfície sólida. Como resultado disso, uma parte significativa da energia (4) pode ser convertida em energia térmica e, finalmente, irradiada para o espaço circundante.

A favor da origem "planetária" das supernovas, em particular, a seguinte estimativa preliminar fala. Seja , então de acordo com (5), da massa do planeta (ou da energia cinética (4)) é convertida em radiação externa. Isso significa que a energia observada da emissão de luz das supernovas da razão corresponderá às massas dos planetas , onde a massa da Terra. Assim, em , o intervalo de massas dos planetas será . Vemos que em valores a faixa de massas dos planetas tem valores bastante aceitáveis ​​para a existência de vida. Ao mesmo tempo, uma boa correspondência mútua entre as massas dos planetas habitáveis ​​e as energias da radiação da supernova não parece acidental. Isso sugere que pelo menos alguns tipos de supernovas são de origem "planetária". As estimativas acima mostram que em cálculos subsequentes podemos usar o coeficiente .

É possível realizar alguns outros cálculos confirmando nossa hipótese. A Figura 1 mostra que a curva de luz da supernova tipo I atinge seu máximo aproximadamente 25 dias após o início da observação do flare. Além disso, neste trabalho, calcularemos o tempo para atingir o brilho máximo por cálculo e também calcularemos o poder da radiação da supernova.

Como a taxa de influxo de matéria em um buraco negro de pequenas dimensões é limitada pela velocidade da luz, o processo de absorção do planeta pelo buraco negro é esticado no tempo. Sabe-se da física estelar que a última configuração estável de uma estrela que precede um buraco negro é uma estrela de nêutrons, cuja estabilidade é fornecida pela pressão de um gás férmion degenerado, consistindo principalmente de nêutrons. Portanto, perto do horizonte de eventos do nosso buraco negro compacto dentro do planeta, a matéria altamente comprimida do planeta será um líquido de nêutrons. Ao mesmo tempo, como as estimativas do autor mostraram, com a massa do buraco sendo igual, a espessura da camada de nêutrons acima do horizonte de eventos é de cerca de 24 mm. Consideremos agora o processo de influxo de líquido de nêutrons em um objeto de pequenas dimensões. Levando em conta (4), primeiro calculamos a temperatura possível da matéria incidente perto do horizonte de eventos a partir da relação

Onde é a constante de Boltzmann, a massa de repouso do nêutron. De (6) encontramos a temperatura do nêutron . Isso concorda bem com os resultados obtidos por Schwartzman. Considerando o processo de queda livre de gás em um buraco negro, ele chegou à conclusão de que a temperatura atingida no processo de compressão adiabática corresponde em ordem de grandeza à energia cinética da queda e pode ser .

Para que a energia cinética do líquido de nêutrons em queda seja convertida em energia térmica, a matéria próxima ao buraco deve sofrer uma grande aceleração. Como já observado, no nosso caso, isso pode ocorrer devido à estrutura especial do campo magnético próximo ao horizonte de eventos, onde as linhas de força sofrem uma quebra acentuada (Fig. 2).

É de interesse estimar o valor real do campo magnético do buraco. Como se sabe, a Terra tem um campo magnético dipolar significativo. Nos polos do planeta, o vetor de indução é direcionado verticalmente e tem módulo , enquanto o momento magnético do dipolo é . Júpiter, Saturno, Urano e Netuno também têm fortes campos magnéticos no sistema solar. Vênus em rotação lenta (período de rotação de 243 dias), semelhante à Terra em tamanho e estrutura interna, não possui campo magnético próprio. Aparentemente, para planetas suficientemente grandes e em rotação rápida, a existência de um campo magnético dipolo é um fenômeno comum. De acordo com as ideias existentes, o campo magnético da Terra é formado devido ao fluxo de correntes elétricas em um núcleo bem condutor. De acordo com os resultados das pesquisas disponíveis, a Terra possui um núcleo interno sólido com raio , constituído por metais puros (ferro com uma mistura de níquel). Há também um núcleo externo líquido, que presumivelmente consiste em ferro com uma mistura de não metais (enxofre ou silício). O núcleo externo começa a uma profundidade de cerca de . De acordo com alguns cálculos, a zona em que estão localizadas as principais fontes do campo magnético está localizada a uma distância do centro do planeta, aqui o raio médio da Terra. A condutividade do núcleo da Terra é tal que, durante o fluxo da matéria, o campo magnético é carregado pela matéria com pouco ou nenhum deslizamento (fenômeno do "congelamento").

Um buraco negro é um objeto extremamente denso, então, depois de um tempo, ele descerá às partes profundas do planeta e atingirá seu centro, onde poderá se fundir com outros buracos. Como o buraco negro em crescimento herda o momento angular do planeta, os eixos de rotação de ambos os corpos serão paralelos (desconsideraremos a rotação do buraco no âmbito deste artigo). Com esse arranjo, devido ao efeito “congelado”, o campo magnético em processo de colapso é atraído para o buraco negro uniformemente, de todos os lados, e ele formará seu próprio campo magnético dipolar com polos no eixo de rotação (a teoria permite que o buraco negro tenha uma carga magnética). Debaixo carga magnética em teoria, um dos pólos magnéticos está implícito. O fluido de nêutrons ao redor do buraco negro também deve "congelar" o campo magnético devido à alta condutividade. Assim, de acordo com os cálculos de Harrison e Wheeler em estrelas de nêutrons bastante de portadores de corrente, as concentrações de elétrons, prótons e nêutrons estão relacionados como . Com a ajuda de métodos modernos de observação, foi estabelecido que campos magnéticos dipolo com indução estão presentes em estrelas de nêutrons. É geralmente aceito que esses campos são herdados das estrelas precursoras durante o colapso, devido ao efeito de "frost-in".

A possibilidade de que os buracos negros tenham seu próprio campo magnético é realmente confirmada por observações feitas com o telescópio Ibis, que está instalado no satélite Integral da Agência Espacial Européia (ESA). Estudos do objeto espacial Cygnus X-1, que é um dos candidatos ao título de buraco negro, revelaram a polarização da radiação emanada de uma região com um raio ao redor desse objeto. Segundo os autores do estudo, a polarização observada é consequência da presença do próprio campo magnético de um determinado buraco negro.

Depois de estudar 76 buracos negros supermassivos no centro das galáxias, pesquisadores dos EUA. O Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia e o Instituto Max Planck de Radioastronomia em Bonn concluíram que eles têm campos magnéticos superfortes, que são comparáveis ​​em força à matéria perto do horizonte de eventos com a ação da gravidade.

O fenômeno de "congelamento" leva ao fato de que, durante o colapso do núcleo do planeta, seu campo magnético dipolo é gradualmente concentrado perto do buraco negro na forma de um dipolo compacto com polos localizados no eixo de rotação. Quando o campo é formado, a lei de conservação do fluxo magnético é cumprida:

Onde está a indução do campo magnético médio no núcleo do planeta, a área da seção transversal da região do núcleo onde o campo principal é gerado, a indução do campo magnético no pólo do buraco negro e a área efetiva do buraco negro pólo magnético. Usando os raios de área correspondentes, a igualdade (7) pode ser reescrita como

Com base nos cálculos existentes, podemos supor que . Geralmente é aceito pelos geofísicos que a indução de campo médio no núcleo . De acordo com (1), com uma massa, o raio de um buraco negro seria . Portanto, podemos aceitar o raio do pólo magnético do furo (obteremos aproximadamente o mesmo valor do raio de forma independente). Como resultado, obtemos uma estimativa da indução do campo magnético nos pólos do furo. Este campo é cerca de um milhão de vezes mais campo nos pólos das estrelas de nêutrons. Neste caso, nas imediações do buraco negro, a intensidade do campo é um pouco menor, porque o campo dipolar muda de acordo com a lei quando a coordenada radial muda.

Também é de interesse estimar a densidade de energia de volume do campo magnético próximo a um buraco negro a partir da conhecida relação:

Onde é a constante magnética. É fácil calcular que perto dos pólos em , . Precisamos comparar o valor obtido com a densidade volumétrica da energia cinética da matéria influída

Onde, mas primeiro devemos determinar a densidade da matéria.

Sabe-se que perto do centro da estrela de nêutrons limitante, a densidade do líquido de nêutrons atinge seu valor máximo em um raio da estrela de cerca de 10 km e sua massa até 2,5 massas solares (o limite de Oppenheimer-Volkov). Com um aumento adicional na massa de uma estrela de nêutrons (), a pressão do gás férmion não é mais capaz de conter o aumento da pressão devido à gravidade, e um buraco negro começa a crescer em seu centro. Assim, um buraco negro crescendo dentro do planeta por sua gravidade deve criar perto de si uma pressão aproximadamente igual à pressão no centro da estrela de nêutrons limitante, respectivamente, a substância deve ter uma densidade de cerca de

Substituindo na expressão (10) a densidade , obtemos uma estimativa da densidade volumétrica da energia cinética do líquido de nêutrons. É mais de uma ordem de grandeza menor do que a densidade de energia volumétrica previamente calculada (9) do campo magnético . Portanto, nas proximidades de um buraco negro, a condição será satisfeita. Sabe-se que um campo magnético forte tem um efeito significativo no processo de acreção de matéria condutora. Em , um campo magnético impede que a substância condutora se mova através das linhas de campo. O movimento da matéria torna-se praticamente possível apenas na direção do campo magnético. Quando você tenta aproximar as linhas de força do campo magnético, surge uma contrapressão, e quando você tenta dobrá-las, a pressão é o dobro: . Na direção perpendicular ao campo, a matéria só pode se infiltrar muito lentamente. Como resultado, a matéria se move praticamente apenas ao longo das linhas de campo para os pólos magnéticos e aqui flui para a estrela na forma de dois fluxos estreitos. Em particular, no caso de estrelas de nêutrons, isso leva à formação de dois pontos quentes nos pólos magnéticos e ao aparecimento do efeito pulsar de raios-X. .

Nas densidades acima, a energia de Fermi dos nucleons já é tão alta que o "gás" formado por eles realmente se comporta como radiação. Pressão e densidade são em grande parte determinadas pelo equivalente em massa da energia cinética das partículas, e há a mesma relação entre elas como no caso de um gás de fóton: .

Um papel importante na formação de fluxos estreitos de matéria perto dos pólos de uma estrela será desempenhado pelo efeito Bernoulli, que, como você sabe, leva ao fato de que em um fluxo de fluido movendo-se a uma velocidade, a pressão diminui em um valor (no nosso caso, ). A pressão em um fluido em repouso, como observado acima, é igual a . Pode-se observar que devido ao efeito Bernoulli, a pressão no escoamento diminui significativamente. Isso é compensado pela pressão do campo magnético, que é direcionado de tal forma que impede que as linhas de força do campo se aproximem. Como resultado, o campo magnético é comprimido em um cilindro estreito (tubo) e serve como uma espécie de condutor para o fluxo de um líquido condutor. Como a substância dentro do tubo está em queda livre, a pressão hidrostática da coluna de líquido no tubo é zero. A pressão atua apenas do lado da substância que envolve o tubo. Neste caso, a relação de pressões ocorre:

onde é a indução do campo magnético no tubo, a pressão fora do tubo. Tomamos essa pressão igual a . Como resultado, em (11) obtemos a igualdade:

A partir daqui em indução de campo dentro do tubo. Anteriormente, com base na conservação do fluxo magnético de um planeta como a Terra, de forma independente de (8) descobrimos que a indução de campo nos pólos do buraco negro é . A coincidência das ordens de grandeza dos campos indica que o campo real do planeta é bastante suficiente para a formação de tubos magnéticos nos pólos do buraco com um campo satisfatório (11) e os estreitos fluxos de matéria neles contidos, e essa coincidência não parece aleatória.

O campo magnético superforte próximo ao buraco negro tem alta densidade, que pode ser encontrada a partir da relação . Com o valor da indução de campo nos pólos calculado acima, obtemos e, respectivamente, . Pode-se ver que o campo magnético nos pólos é aproximadamente igual em densidade ao líquido de nêutrons circundante.

Vamos nos debruçar com mais detalhes sobre o motivo da formação de dois pontos quentes nos pólos de um buraco negro. Como já observado, pode ser estrutura específica campo magnético no fundo dos tubos. Esta estrutura é formada devido ao fato de que as linhas do campo magnético do planeta estão se aproximando do buraco negro em diferentes áreas em diferentes velocidades. Imaginemos que inicialmente as linhas de força do campo magnético do planeta a uma distância do buraco sejam retilíneas e paralelas ao eixo de rotação do buraco (Fig. 2). Nesse caso, o campo magnético do buraco já atingiu tal valor que a queda da matéria ocorre principalmente na região dos polos. Portanto, a linha de campo em questão, congelada na substância, se aproximará do buraco mais rapidamente na região dos polos do que na região do equador. Como resultado, o buraco negro tem uma estrutura de campo magnético tal que parte de suas linhas de força na base do tubo magnético, perto do horizonte de eventos, sofre uma torção quase em ângulo e as linhas de força divergem. do tubo, contornando o buraco. Como o campo magnético impede o movimento da substância condutora através das linhas de força, então na região de sua ruptura, a substância incidente muda abruptamente a direção de seu movimento e experimenta uma grande aceleração, aproximadamente a mesma como se colidisse com um superfície sólida. Devido a isso, uma parte significativa da energia cinética (4) é convertida em energia térmica e pontos quentes compactos são formados nos pólos, cujo diâmetro é aproximadamente igual ao diâmetro do tubo magnético. A razão para a liberação de calor, em particular, pode ser a forte radiação eletromagnética de partículas carregadas se movendo com alta aceleração, bem como o aparecimento de turbulência no movimento da matéria.

Arroz. 2. Esquema da formação do campo magnético de um buraco negro (esfera) capturando gradualmente o campo magnético do planeta. As setas curtas mostram a direção do fluxo da substância condutora que arrasta o campo magnético.

De grande importância na transferência de energia térmica do ponto quente para a matéria circundante será a radiação de neutrinos. Em temperaturas acima, a potência de radiação de neutrinos aumenta rapidamente. Assim, na parte central de uma estrela de nêutrons recém-formada, o neutrino passa para a energia até a energia térmica obtida da energia gravitacional.

Vamos estimar o caminho livre médio dos neutrinos. A ordem de grandeza da seção de choque da interação fraca é , onde é a energia característica do processo. Aqui , a constante de Fermi. Nos cálculos, é conveniente expressar a energia das partículas em MeV neste caso. Energia característica da partícula na região do ponto quente. No nosso caso, em energia , portanto . Neutrino significa caminho livre , onde é a concentração de partículas do meio através do qual os neutrinos se movem. Assumimos que o meio consiste apenas em nucleons, então , onde é a massa de repouso do nucleon, é a adição relativística à massa do nucleon. Como resultado, encontramos que neutrino significa caminho livre. Devido ao fato de que os neutrinos se movem à velocidade da luz, a energia térmica deixa rapidamente o ponto quente fora do tubo magnético e a matéria é aquecida acima do horizonte de eventos em um raio igual a . Fora do tubo, devido à presença da componente transversal do campo magnético, a velocidade de queda da matéria é muito baixa. Isso "salva" a maior parte da energia térmica de cair no buraco. A substância aquecida e, portanto, menos densa fora do tubo imediatamente começa a flutuar devido à ação da força de Arquimedes, e um fluxo de substância quente na direção oposta provavelmente ocorre ao longo da borda externa do tubo magnético. A matéria flutuante se expande e esfria, e isso reduz a perda de radiação de neutrinos para o espaço sideral. Na propagação do calor, a alta condutividade térmica do líquido de nêutrons, no qual as partículas se movem em velocidades relativísticas, também será de grande importância. Deve-se notar que, se fosse muitas vezes maior, uma parte significativa da energia liberada no local na forma de neutrinos escaparia livremente para o espaço, respectivamente, o aquecimento da matéria circundante seria menos eficaz. Pelo contrário, se fosse muito menor que o raio do tubo, uma parte significativa do calor liberado cairia no buraco negro. Mas tem exatamente o valor pelo qual o buraco se transforma em um conversor efetivo de energia gravitacional (4) em energia térmica.

A "bolha" de gás ascendente, aumentando de tamanho, cria uma grande sobrepressão dentro do planeta, o que acaba levando ao aparecimento de rupturas no núcleo interno sólido e manto e à ejeção de jatos de gás quente do planeta. Corpos individuais podem ser ejetados do planeta por gases e cair de volta em sua superfície. A superfície desses corpos pode ser muito quente e evaporar, emitindo na faixa óptica e de raios-X. Devido à baixa condutividade térmica pedras a energia térmica penetra lentamente nas partes internas dos corpos e sua evaporação ocorre apenas na superfície, de modo que o maior deles pode existir por um longo tempo e liberar energia na forma de radiação. A ideia da taxa de penetração de calor em amostras de rochas é dada pelo seguinte fato. tempo característico equalização de temperatura entre as superfícies de uma camada plana de rocha com espessura proporcional a . Então, por um dia e por um ano. Devido à ejeção contínua de material quente das entranhas do planeta, a temperatura de sua superfície pode ser mantida em um nível alto por muito tempo. Os cálculos mostraram que, para garantir o brilho máximo observado de uma supernova, essa temperatura deve ser da ordem de 14 milhões de graus. A parte principal do volume do planeta pode permanecer relativamente fria por muito tempo.

De acordo com (4), a energia do fóton na região dos pontos quentes será cerca de metade da energia de repouso do nucleon, e a frequência do fóton radiação térmica estará na faixa gama. Se assumirmos que nos pontos quentes formados, a energia cinética (4) é convertida em energia térmica, isso corresponde ao valor =0,4. No início do artigo, foi mostrado que aproximadamente tal coeficiente decorre das massas reais dos planetas e das energias observadas da radiação total das supernovas. Chegando à superfície do planeta, a energia térmica das manchas acaba indo para o “infinito” na forma de radiação. Como já observado, jatos de gás quente que atravessam o corpo do planeta e vão para o espaço circundante podem ser de grande importância na transferência de calor do buraco negro para a superfície do planeta. Esses gases também lançam pedaços de rochas com superfície quente na superfície do planeta. Como resultado, o fluxo total de radiação que sai da superfície do planeta será igual ao fluxo de radiação que sai dos pontos quentes. Um observador localizado diretamente próximo ao ponto pode calcular a área efetiva dos pontos com base na relação conhecida:

Onde está a potência total de radiação de dois pontos, a área total dos pontos, a constante de Stefan-Boltzmann, a temperatura dos pontos. No entanto, um observador no "infinito" também deve levar em conta o efeito da dilatação do tempo ao calcular a área das manchas.

Sabe-se que para um observador infinitamente distante, o intervalo de tempo é maior do que para um observador localizado a uma pequena distância do buraco:

Você pode inserir um coeficiente condicional de transição de um sistema de referência para outro. Como o ponto quente está próximo ao horizonte de eventos, podemos supor que está no intervalo , então de (14) obtemos o intervalo dos valores correspondentes. Para um observador distante, o poder de radiação das manchas é várias vezes menor, porque . Seja a potência de pico da radiação da supernova, registrada por um observador distante, igual a . Então, de acordo com (13) e (14), no referencial associado ao ponto, a potência de pico de radiação dos pontos é . Assim, para as áreas de manchas na transição do sistema de referência remoto para o sistema comovente, obtemos .

A potência de emissão típica de supernova com brilho máximo pode ser encontrada usando os dados da Tabela 1, publicados no artigo e refletindo propriedades físicas 22 supernovas extragalácticas. A Tabela 1 mostra que das 22 supernovas extragalácticas apresentadas, 20 formam um grupo bastante homogêneo de objetos, cujo tempo de aumento de brilho tem um valor médio de 20,2 dias com desvio padrão. As supernovas 1961v e 1909a, que se desviam significativamente da regularidade geral, podem ser excluídas da consideração. Da Tabela 1 segue que dos 20 objetos restantes, com brilho máximo, um objeto tem uma magnitude absoluta de -18, sete objetos -19, oito objetos -20 e quatro objetos -21. A magnitude estelar bolométrica absoluta do Sol está na potência de radiação. Existe uma relação conhecida entre as densidades de fluxo de radiação E e magnitudes:

Na transição para magnitudes estelares absolutas, , onde é a distância padrão aceita em astronomia, é a potência da radiação da estrela. A partir disso, obtém-se a relação entre as potências de radiação dos dois objetos:

Onde , . Portanto, as magnitudes absolutas acima de supernovas: correspondem aos poderes de radiação de pico . Para estimar o valor médio, neste caso, é aconselhável utilizar a mediana. Como resultado, obtemos que no referencial associado a um observador distante, o valor médio da potência de pico sobre uma amostra de 20 supernovas é . Usando este valor, de (13) encontramos que do ponto de vista de um observador distante, a área total de dois pontos radiantes. No entanto, para um observador localizado próximo ao ponto, a potência média de radiação e, consequentemente, a área total de dois pontos. Em particular, para , obtemos, respectivamente, a área de um ponto , e seu raio , ou seja. é de cerca de 1 mm.

tabela 1

Designação de supernova	Tipo e classe	Tempo de subida do brilho, dias	Brilhe no máximo, m		mãe galáxia
			Ver-pode tamanho	Valor absoluto	Designação, NGC	Tipo de	magnitude aparente, m
1885a	I.16	23	5	-19	224	Sb	4
1895b	I.7	18	8	-21	5253	S0	11
1972e	I.9	19	8	-21	5253	S0	11
1937c	I.11	21	8	-20	IC4182	EU	14
1954a	I.12	21	9	-21	4214	EU	10
1920a	I.5	16	11	-19	2608	SBc	13
1921c	I.6	17	11	-20	3184	sc	10
1961h	I.8	19	11	-20	4564	E	12
1962m	II.4	20	11	-18	1313	SBc	11
1966j	I.5	16	11	-19	3198	sc	11
1939b	I.17	24	12	-19	4621	E	11
1960f	I.8	19	11	-21	4496	sc	13
1960r	I.8	19	12	-20	4382	S0	10
1961v	II.10	110	12	-18	1058	Sb	12
1963i	I.14	22	12	-19	4178	sc	13
1971i	I.12	21	12	-19	5055	Sb	9
1974g	I.8	19	12	-19	4414	sc	11
1909a	II.2	8	12	-18	5457	sc	9
1979c	II.5	25	12	-20	4321	sc	11
1980k	II.5	25	12	-20	6946	sc	10
1980n	I.10	20	12	-20	1316	E	10
1981b	I.9	19	12	-20	4536	Sb	11

A estimativa obtida acima está de acordo com nossa suposição de que a radiação primária vem de dois pontos quentes compactos localizados nos pólos de um objeto com um raio de cerca de 10 mm e é outra confirmação de que provavelmente estamos lidando com um buraco negro absorvendo planeta. Anteriormente, com base na lei de conservação do fluxo magnético do planeta (8), obtivemos que em , a indução do campo magnético nos pólos do buraco será aproximadamente igual a . Ao mesmo tempo, segue independentemente de (12) que o valor do campo nos pólos do furo será de cerca de . Assim, as relações (8), (12) e (13) levam a resultados mutuamente consistentes, o que pode ser considerado um sinal de acerto da teoria.

De (12) segue-se que a indução do campo magnético nos tubos nos pólos do buraco negro é um valor constante. Portanto, com a absorção gradual do fluxo magnético do planeta pelo buraco negro, o aumento do fluxo magnético no tubo ocorre devido ao aumento de sua área de seção transversal. Isso leva a um aumento proporcional da área do ponto quente e, consequentemente, a um aumento na potência da radiação da supernova, conforme (13).

A radiação primária das manchas, que é um fluxo de quanta gama e neutrinos, aquece a matéria próxima às manchas, fazendo com que também emita fótons e neutrinos de alta energia. Os neutrinos têm o maior poder de penetração, mas a radiação eletromagnética, difundindo-se na matéria, gradualmente se afasta do buraco negro. Neste caso, a radiação sofre um desvio para o vermelho gravitacional conhecido, que é uma consequência direta da dilatação do tempo:

onde é o comprimento de onda próximo ao buraco negro, a uma distância de seu centro, o comprimento de onda está no "infinito". Em particular, em , redshift . De acordo com o ponto de vista existente, o redshift gravitacional é apenas uma consequência das diferentes velocidades de tempo em diferentes pontos do campo gravitacional não homogêneo. A energia da radiação (fótons) não muda ao subir no campo gravitacional. No nosso caso, isso significa que uma parte da energia da radiação em (13) é conservada à medida que nos afastamos do buraco negro. De acordo com (14), o segmento de tempo é transformado em um segmento mais longo, que será expresso em uma diminuição da potência da radiação da supernova do ponto de vista de um observador externo. Mas, ao mesmo tempo, a duração do brilho da supernova aumentará o mesmo número de vezes. O redshift gravitacional não altera a energia total da radiação proveniente da vizinhança do buraco negro. O processo de obtê-lo por um observador externo só é alongado no tempo por um fator de K. O que foi dito sobre os fótons também deve ser verdade para o redshift gravitacional dos neutrinos, que, como os fótons, têm zero massa de repouso e movendo-se à velocidade da luz.

Como já observado, o buraco negro estará localizado na parte central do planeta. Neste caso, em sua vizinhança, é possível a formação de uma cavidade preenchida com gás com alta pressão e alta temperatura. Em algum momento, a pressão do gás atingirá um limite crítico e rachaduras profundas se formarão no corpo do planeta, através das quais o gás escapará. Liberação explosiva do primeiro grande porção plasma com uma temperatura , pode dar origem a uma explosão de radiação gama (comprimentos de onda ). Essas explosões realmente existem e sua estreita relação com as supernovas foi descoberta. Longe no espaço, incl. e além do sistema planetário da estrela, fragmentos individuais e fragmentos fundidos da matéria profunda do planeta também podem ser jogados fora, tornando-se posteriormente ferro e meteoritos de pedra e asteróides. Depois disso, o fluxo de gás quente continuará e uma nuvem de gás começará a se formar ao redor do planeta, aumentando gradualmente de tamanho.

Nos espectros das supernovas do tipo I, após passarem pelo brilho máximo, encontram-se muitas linhas sobrepostas umas às outras, o que dificulta sua identificação. Mas, no entanto, algumas linhas foram identificadas. Eles acabaram sendo átomos ionizados de Ca, Mg, Fe, Si, O, que, como se sabe, estão amplamente distribuídos na matéria de planetas de pedra, como a Terra. Caracteristicamente, não há hidrogênio no espectro das supernovas do tipo I. Isso pode falar a favor de uma origem não estelar (planetária) da nuvem de gás primária.

As estimativas feitas pelo autor mostraram que se uma ordem de grandeza da massa do planeta evapora, a nuvem de gás torna-se opaca aos raios X. Esta radiação vem da região central da nuvem com um raio da ordem do raio do planeta e com uma temperatura de superfície de cerca de 14 milhões de kelvins. Esta temperatura segue da relação conhecida. Aqui, de acordo com os dados observacionais, supõe-se que o poder de radiação de pico de uma supernova planetária seja . A energia é emitida para o espaço exterior na faixa óptica da camada externa de uma nuvem de gás (fotosfera). No brilho máximo, o raio calculado da fotosfera da fórmula acima deve ser de cerca de 34 UA. à temperatura da superfície conhecida a partir de observações.

Agora já chegamos perto de calcular características de uma supernova como a potência de radiação e o tempo que leva para atingir o brilho máximo. Acima, chegamos à conclusão de que o líquido de nêutrons flui para o buraco negro na forma de dois cones, que perto dos polos parecem jatos estreitos envoltos em tubos magnéticos. Neste caso, próximo ao contato do tubo com o buraco negro, forma-se um ponto quente com diâmetro aproximadamente igual ao diâmetro do tubo. De acordo com isso, o volume elementar total na base dos tubos

Onde S é a área de dois pontos quentes, a coordenada radial. Assim, a massa elementar nos tubos

Onde é a densidade da matéria influída. Vamos mudar , onde é a componente vertical da velocidade da matéria. Então a massa elementar:

De (5) e (20) segue que a potência total de radiação de dois pontos em seu referencial

Em cálculos usando esta fórmula, podemos supor que . Neste caso, os valores de outros parâmetros = 0,4, a densidade da matéria diretamente acima do ponto , a área de dois pontos , onde e K = 10. Como resultado, obtemos . Agora, com base na potência de pico média realmente observada de emissão de luz de supernova, de forma independente, encontramos a potência de radiação das manchas. Pode-se ver que praticamente coincide com o valor teórico obtido de (21). Observe que a relação entre e não depende de K, porque . Uma boa concordância entre os valores pode ser considerada uma forte confirmação da correção da teoria. A discrepância relativamente pequena resultante entre as potências e , em particular, pode ser explicada por alguma incerteza de parâmetros como e .

Pode-se supor que o planeta perde cerca de 30% de sua massa para formar uma nuvem de gás quente. Além disso, em = 0,4, 40% da massa restante do planeta é perdida como radiação de luz. Neste caso, para as supernovas mais fracas e poderosas, as energias totais da radiação luminosa são . Levando em conta ambas as perdas de massa indicadas, descobrimos que a faixa de massa dos planetas iniciais é . É geralmente aceito que a condição de viabilidade do planeta requer que sua massa não entre na região de "Netunos" com massas. Netunos têm atmosferas superdensas com ventos com força de furacão e são considerados inadequados para a evolução da vida. Portanto, o valor superior da massa de um planeta habitável é bastante consistente com esta condição de contorno. O valor mais baixo da massa não difere muito da massa da Terra, então esse planeta, aparentemente, é capaz de conter o suficiente atmosfera densa e ao mesmo tempo têm um campo magnético semelhante em magnitude ao campo terrestre. Assim, a potência média de pico da supernova observada deve corresponder a um planeta com uma massa de cerca de . Agora temos todos os dados iniciais para calcular o tempo de ascensão da supernova.

À medida que o buraco negro cresce, o fluxo magnético aprisionado que passa pelas manchas aumenta. Como a indução do fluxo magnético no tubo é , então, com um aumento no fluxo magnético através da seção transversal do tubo, a área do ponto aumenta proporcionalmente, o que, por sua vez, leva a um aumento no brilho da supernova. Foi observado que aproximadamente metade da energia luminosa de uma supernova é liberada no estágio de aumento de brilho, e a outra metade é liberada na parte de decaimento da curva. Isto, em particular, pode ser visto na Fig.1. Após a passagem do máximo, que dura 1-2 dias, o brilho diminui rapidamente em magnitudes estelares, ou seja, em tempo. Depois disso, começa um declínio exponencial. Mas a região de decaimento das supernovas do Tipo I é geralmente mais de 10 vezes maior do que a região ascendente. Em nosso modelo, toda a energia de uma supernova é formada a partir da energia gravitacional (4) da matéria em queda. Segue-se que o buraco negro absorve aproximadamente metade da massa do planeta na região do aumento do brilho e a outra metade no estágio de decaimento da curva. Isso significa que, tendo capturado metade da massa do planeta, o buraco negro captura quase todo o fluxo magnético do planeta, e a área da seção transversal do tubo para de crescer. Como o campo magnético dipolar do buraco (como os planetas) é mantido pela corrente do anel, então com a atenuação gradual dessa corrente, o fluxo magnético diminui, respectivamente, a área da seção transversal do tubo também diminui , o que leva a uma diminuição no brilho da supernova. A corrente do anel ao redor do tubo pode ser representada com alguma aproximação como um toro com indutância L e resistência ativa R. Em tal circuito fechado, a atenuação da corrente ocorre de acordo com a conhecida lei exponencial:

onde é o valor da corrente inicial (no nosso caso, em ).

Deve-se notar que a razão para a liberação de energia na região do decaimento da curva de luz da supernova ainda está entre os problemas não resolvidos. O segmento do decaimento suave da curva (Fig. 1) para supernovas do tipo I é caracterizado por alta similaridade. A potência de radiação durante o decaimento é bem descrita pelo expoente:

Onde estão os dias para todas as supernovas do tipo I. este dependência simples vai até o final das observações da supernova. Um decaimento recorde de 700 dias foi observado em uma supernova que explodiu na galáxia NGC 5253 em 1972. Para explicar esta seção da curva, em 1956 um grupo de astrônomos americanos (Baade et al.) propôs uma hipótese segundo a qual a liberação de energia na seção de decaimento ocorre devido a decaimento radioativo núcleos do isótopo califórnio-254, cuja meia-vida é de 55 dias, corresponde aproximadamente ao valor do expoente. No entanto, isso requer uma quantidade irrealisticamente grande desse isótopo raro. Dificuldades surgem ao tentar usar isótopo radioativo níquel-56, que, decaindo com meia-vida de 6,1 dias, passa para cobalto-56 radioativo, que decai com meia-vida de 77 dias, formando isótopo estável ferro-56. Nesta forma de explicar, um problema significativo é a ausência de linhas fortes de cobalto ionizado nos espectros de supernovas Tipo I após a passagem de brilho máximo.

Em nosso modelo, a diminuição exponencial da potência de radiação da supernova é explicada pela diminuição exponencial do valor da corrente do anel (22), uma vez que . Em que dias. A seção convexa da curva na Fig. 1 (indicada pela letra ) pode ser interpretada como segue. No brilho máximo, o fluxo magnético do planeta ainda continua sendo capturado pelo buraco negro, mas o aumento do fluxo magnético já é igual às suas perdas devido ao amortecimento da corrente do anel. No declínio da seção convexa da curva, os restos do campo magnético do planeta são absorvidos. E, finalmente, depois de passar pela seção, o fluxo do fluxo magnético para o buraco negro para completamente e começa um declínio exponencial, devido à atenuação da corrente do anel que circula ao redor do tubo.

Como os fluxos magnéticos nos tubos nos pólos sul e norte de um buraco negro são iguais, vamos considerar o processo de captura do campo magnético por um buraco em um hemisfério do planeta. Vamos selecionar na parte central do planeta uma bola de raio e com indução média do campo magnético dentro dela igual a . Em seguida, o fluxo magnético que passa pela área da seção transversal da bola perpendicular ao vetor que passa pelo diâmetro:

onde é o raio da seção. Após a diferenciação, chegamos à equação:

A massa de um hemisfério com um raio e com uma densidade média de matéria:

Daí a relação entre diferenciais:

De (25) e (27) obtemos:

A última expressão descreve a taxa de variação do fluxo magnético em um hemisfério com uma variação de massa e, na verdade, significa o seguinte. Se um buraco negro absorve uma massa de um planeta, então junto com esta massa irá capturar o fluxo magnético do planeta igual a . Além disso, levando em conta que e , onde o volume de um hemisfério, obtemos a relação:

Daí a taxa de variação do fluxo magnético durante o fluxo de massa do planeta para o buraco negro:

Obviamente, a taxa de variação do fluxo magnético do planeta é igual à taxa de variação do fluxo magnético do buraco. As equações (30) e (29) também são válidas para os valores e m do furo. Para ver isso, podemos imaginar que a massa e o fluxo magnético fluem na direção oposta - do buraco negro esférico para o planeta.

No caso do buraco negro que estamos considerando, quase todo o seu campo magnético está concentrado em tubos nos pólos e para ele e , onde é a área da seção transversal do tubo. Como resultado, de (29) chegamos à equação:

onde corresponde à massa que passou pelo tubo no momento , quando a supernova já é visível pelo telescópio, a área da seção transversal do tubo em . Depois de calcular as integrais, chegamos à relação:

ou para , e :

A partir daqui pode-se encontrar o momento em que uma supernova atinge seu brilho máximo do ponto de vista de um observador distante. A circunstância que nos permite eliminar o coeficiente K:

Como já observado, aproximadamente metade da energia da emissão de luz de uma supernova é liberada no estágio de aumento de brilho e a segunda metade no estágio de declínio. Isso significa que todo o campo magnético do planeta terá passado para o buraco negro quando aproximadamente metade da massa do planeta for absorvida. A massa, por exemplo, do núcleo da Terra, onde quase todo o seu fluxo magnético está concentrado, é . Isso é um pouco menos da metade da massa do planeta. Mas a Fig. 2 mostra que o fluxo de matéria para o buraco ocorre principalmente em direções próximas ao eixo de rotação. Portanto, no momento da captura de todo o núcleo, alguma parte da substância do manto das regiões subpolares também será capturada. Pode-se esperar que depois de absorver todo o campo magnético do planeta, a massa que passou por ambos os tubos magnéticos nos pólos do buraco possa ser cerca de metade da massa do planeta. Se levarmos em conta também que consideramos o processo de absorção da matéria do planeta por um buraco negro em apenas um hemisfério, então para uma supernova de brilho médio. Fisicamente, M 0 é a massa total que passou pela seção transversal de um tubo magnético no momento em que a potência de pico de radiação é atingida. A massa correspondente ao início da observação da supernova pode ser encontrada da seguinte forma. De (13) e (31) a relação segue:

ou após a integração:

de onde segue

Sabe-se que para as supernovas a amplitude do brilho (a diferença entre o brilho mínimo e máximo) é de magnitudes estelares. Seja a amplitude igual ao valor médio de 16 magnitudes. Então de (16) segue e, mais adiante de (38) obtemos . Depois de substituir em (35) os valores numéricos de outras grandezas físicas , e a área de um ponto quente do ponto de vista de um observador distante, encontramos o momento em que a supernova atinge seu brilho máximo para um observador externo do dia. Isso está de acordo com os dados observacionais apresentados na Tabela 1, onde esse tempo está na faixa de um dia. Devido às propriedades do logaritmo da amplitude de brilho, 15 e 17 magnitudes também fornecem valores aceitáveis ​​de 17,9 e 20,3 dias, respectivamente.

Assim, o modelo de supernova proposto acima, baseado na absorção de um planeta por um pequeno buraco negro, é capaz de explicar todas as principais propriedades observadas das supernovas, como a energia total da radiação luminosa, a potência da radiação, o tempo que leva para uma supernova para atingir seu brilho máximo, e também indica o motivo da liberação de energia na região de decaimento. No estágio inicial de desenvolvimento de uma supernova planetária, quando o planeta se desintegra, uma nuvem de plasma quente com temperatura aparentemente pode ser ejetada, o que causará um flash de radiação gama, observado em supernovas reais. A teoria também explica características curva de luz (Fig. 1).

Também é interessante fazer algumas estimativas sobre o grau de impacto de uma supernova planetária na estrela central. Densidade de fluxo de radiação de supernova à distância em será de . Isso é muitas ordens de magnitude maior do que a densidade de fluxo de sua própria radiação da superfície de uma estrela como o Sol (). Segue-se da relação que devido à radiação da supernova, a temperatura da superfície do Sol aumentaria de para . É fácil calcular que somente durante os dias próximos ao brilho máximo de uma supernova "planetária", uma estrela semelhante ao Sol receberia energia térmica, onde está o raio da estrela. O próprio Sol produz essa energia em 577 anos. Pode-se supor que um aquecimento tão alto leva a uma perda de estabilidade térmica da estrela. De acordo com os cálculos existentes, estrelas comuns pode manter a estabilidade térmica apenas durante aumentos lentos de temperatura, quando a estrela tem tempo para expandir e reduzir sua temperatura. Um aumento suficientemente rápido da temperatura pode levar à perda de estabilidade e à explosão do reator termonuclear da estrela. De acordo com o modelo existente, em uma estrela como o Sol, as reações termonucleares do ciclo do hidrogênio ocorrem na região de até 0,3 raio do centro da estrela, onde a temperatura varia de 15,5 a 5 milhões de kelvins. Na faixa de distâncias de raios, a energia térmica é transferida para a superfície por meio de radiação. Acima, na própria superfície da estrela, há uma zona convectiva turbulenta, onde a energia térmica é transferida devido à movimentos verticais substâncias. No Sol, a velocidade média dos movimentos convectivos verticais é . No nosso caso, aquecer a superfície da estrela a uma temperatura superior a 100 mil graus diminuirá a taxa de convecção e aumentará a temperatura dos fluxos de matéria descendentes. Como resultado, a estrela se assemelhará Reator nuclear com refrigeração parcialmente desligada. Com uma velocidade vertical de fluxos convectivos, a energia térmica recebida de uma supernova planetária, tendo passado em torno de , atingirá o limite inferior da zona convectiva em apenas .

Quando a camada convectiva da estrela é aquecida, devido à energia radiante e devido aos fluxos convectivos mais quentes, no lado da estrela voltado para a supernova, o gás se expandirá e uma protuberância se formará. A energia térmica recebida pela estrela será convertida em energia gravitacional. energia potencial formou "corcunda". Isso causará um desequilíbrio de forças gravitacionais dentro da estrela. A matéria profunda, incluindo a área central, começará a fluir de forma a restabelecer o equilíbrio gravitacional. O atrito viscoso leva ao fato de que a energia cinética dos fluxos é convertida em energia térmica da substância. Devido ao fato de a estrela girar, a “corcunda” está em constante movimento. Devido a isso, o fluxo e a liberação de calor dentro da estrela continuam até que a supernova brilhe. Como resultado, a matéria profunda da estrela em pouco tempo receberá a mesma energia térmica que a própria estrela produz ao longo de centenas de anos. Aparentemente, em alguns casos, isso é suficiente para causar a perda da estabilidade térmica da estrela. Algum aumento excessivo de temperatura nas profundezas da estrela leva a um aumento na taxa de reações termonucleares, que por sua vez leva a um aumento ainda maior da temperatura, ou seja, o processo de queima de combustível termonuclear começa a se auto-acelerar e cobrir cada vez mais volumes da estrela, o que em última análise, provavelmente, leva à sua explosão.

Se o processo explosivo começar nas camadas localizadas ligeiramente acima do núcleo da estrela, ela sofrerá forte compressão. Nos casos em que a estrela tem um núcleo de hélio suficientemente massivo (com uma massa inferior a ), a pressão da explosão pode "empurrá-la" para o colapso em uma estrela de nêutrons. Devido ao fato de que a explosão é iniciada inicialmente em uma região limitada da estrela, ela pode ter um caráter assimétrico, pelo qual a estrela de nêutrons receberá um grande impulso. Isso explica bem por que uma estrela de nêutrons está literalmente “disparando” do local de uma explosão de supernova a uma velocidade de cerca de 500 km/s e até 1700 km/s (um pulsar na Nebulosa da Guitarra). A energia da explosão da estrela será gasta, em particular, na energia cinética da estrela de nêutrons e na energia cinética do gás ejetado, que posteriormente forma uma nebulosa em expansão característica. Esses tipos de energia são comumente referidos como energia de supernova. Esses tipos de energia também são complementados com a energia de um fluxo de neutrinos, cuja radiação deve acompanhar o processo de colapso do núcleo da estrela. A este respeito, a energia total de uma supernova às vezes é teoricamente estimada em ou mais do que joules. Efeitos de luz durante a explosão de estrelas da sequência principal, como já observado, de acordo com os cálculos de Imshennik V.S. e Nadezhina D. K. , são muito menores do que as supernovas reais, de modo que o processo de explosão nuclear as estrelas podem ser quase invisíveis no contexto de uma explosão de supernova planetária.

Nos casos em que a força de explosão de uma estrela normal não é suficiente para transformar o núcleo de hélio localizado em seu centro em uma estrela de nêutrons, esse núcleo pode ser ejetado para o espaço circundante na forma de uma anã branca. A anã branca LP 40-365 recentemente descoberta com uma velocidade espacial muito alta de cerca de . Essa velocidade não pode ser explicada efeito colateral na fusão de duas anãs brancas, porque ambas as estrelas morrem no processo. Como outra possível razão para o aparecimento de tal alta velocidade o processo de acreção de hidrogênio por uma anã branca de uma estrela companheira em um sistema binário próximo é considerado. Quando uma certa quantidade de hidrogênio é acumulada, sua pressão e temperatura atingem valores críticos, e na superfície do anão explosão termonuclear. Explosões como essas são conhecidas como explosões de nova e podem ser repetidas. Mas a força das explosões neste caso é relativamente pequena e o anão continua em sua órbita. Essas explosões não podem puxar a anã branca para fora do sistema binário e levar ao surgimento de velocidades espaciais tão grandes quanto a anã branca LP 40-365. A descoberta deste objeto pode indicar que estrelas semelhantes ao Sol, ao contrário de todas as expectativas, podem realmente explodir.

Como já observado, a ejeção de plasma do núcleo do planeta também pode ser acompanhada pela ejeção de grandes detritos e fragmentos fundidos do planeta, inclusive do núcleo de ferro. Isso, em particular, pode explicar a origem dos meteoritos de ferro, bem como a formação dos côndrulos - bolas de composição silicatada presentes nos meteoritos, como os condritos. Também é conhecido um meteorito, no qual os côndrulos são bolas de ferro. Segundo alguns relatos, este meteorito está armazenado no Nikolaevskaya observatório astronômico. Os côndrulos em nossa teoria são formados quando o fundido é pulverizado com jatos de gás quente. Na ausência de peso, as partículas do fundido assumem a forma de bolas e, à medida que esfriam, solidificam. Se levarmos em conta que a taxa de ejeção de matéria do interior do planeta pode exceder a taxa de escape da estrela, alguns dos meteoritos e asteroides podem entrar no sistema solar a partir de sistemas planetários outras estrelas. Junto com fragmentos substância meteorito objetos de origem tecnogênica não terrestre podem ocasionalmente cair na Terra.

Em maio de 1931, em Eton, Colorado, um pequeno lingote de metal caiu no chão perto do fazendeiro Foster, que trabalhava no jardim. Quando o fazendeiro o pegou, ainda estava tão quente que queimou suas mãos. O meteorito Eton foi estudado pelo especialista americano H. Niniger. Ele descobriu que o meteorito era composto de uma liga Cu-Zn (66,8% Cu e 33,2% Zn). Ligas de composição semelhante são conhecidas na Terra como latão, então o meteorito foi classificado como pseudometeorito. Outros casos curiosos de espécimes incomuns caindo do céu também são conhecidos. Assim, em 5 de abril de 1820, um pedaço de calcário em brasa caiu no convés do navio inglês Escher. NO condições terrenas calcários quimiogênicos e biogênicos são formados no processo de sedimentação no fundo dos mares. O geólogo Wichmann, que estudou essa amostra, afirmou que "isso é calcário e, portanto, não é um meteorito".

Há também relatos na Internet sobre achados "estranhos" de objetos de origem artificial em depósitos geológicos com idade de dezenas e centenas de milhões de anos. Nos casos em que a confiabilidade de tal descoberta é comprovada, pode-se supor uma origem artificial artefato encontrado.

nas rachaduras grandes asteróides ejetado do planeta, a água contendo bactérias pode sobreviver. Esses asteróides podem desempenhar um papel Veículo para bactérias. Portanto, as supernovas planetárias podem contribuir para a expansão da vida em outros sistemas estelares, o que fortalece o terreno para a teoria da panspermia. De acordo com essa teoria, a vida no espaço existe em quase todos os lugares, onde há condições favoráveis ​​para isso, e encontra maneiras de passar de um sistema estelar para outro.

As supernovas planetárias, causando a explosão da estrela-mãe, enriquecem o ambiente espacial com elementos mais pesados ​​que o hélio (metais). Isso leva à formação de nuvens de poeira de gás nas galáxias. Sabe-se que nestas nuvens em era moderna existem processos ativos de formação de novas estrelas e planetas.

Com base nos resultados obtidos no trabalho, podemos concluir que as civilizações, iniciando as supernovas planetárias, de fato contribuem para a propagação da vida nas galáxias, e também reproduzem o habitat da vida nelas. Graças a isso, a cadeia da vida nas galáxias não é interrompida. Aparentemente, isso é objetivo final e o significado cósmico da existência da maioria das civilizações. Você pode ler mais sobre isso na brochura do autor, Black Holes and the Purpose of Biosphere Evolution.

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Os buracos negros são os únicos corpos cósmicos capazes de atrair luz pela gravidade. Eles também são os maiores objetos do universo. Não é provável que saibamos o que está acontecendo perto do horizonte de eventos (conhecido como o "ponto sem retorno") tão cedo. Estes são os lugares mais misteriosos do nosso mundo, sobre os quais, apesar de décadas de pesquisa, muito pouco se sabe até agora. Este artigo contém 10 fatos que podem ser chamados de mais intrigantes.

Buracos negros não sugam matéria.

Muitas pessoas pensam em um buraco negro como uma espécie de "aspirador de pó cósmico" que atrai o espaço ao redor. Na verdade, os buracos negros são comuns objetos espaciais, que têm um campo gravitacional excepcionalmente forte.

Se um buraco negro do mesmo tamanho surgisse no lugar do Sol, a Terra não seria puxada para dentro, ela giraria na mesma órbita que faz hoje. Estrelas localizadas perto de buracos negros perdem parte de sua massa na forma de vento estelar (isso acontece durante a existência de qualquer estrela) e os buracos negros absorvem apenas essa matéria.

A existência de buracos negros foi prevista por Karl Schwarzschild

Karl Schwarzschild foi o primeiro a aplicar a teoria geral da relatividade de Einstein para justificar a existência de um "ponto sem retorno". O próprio Einstein não pensou em buracos negros, embora sua teoria permita prever sua existência.

Schwarzschild fez sua sugestão em 1915, logo após Einstein publicar sua teoria geral da relatividade. Foi quando surgiu o termo "raio de Schwarzschild", um valor que informa o quanto você precisa comprimir um objeto para torná-lo um buraco negro.

Teoricamente, qualquer coisa pode se tornar um buraco negro, com compressão suficiente. Quanto mais denso o objeto, mais forte o campo gravitacional que ele cria. Por exemplo, a Terra se tornaria um buraco negro se um objeto do tamanho de um amendoim tivesse sua massa.

Buracos negros podem gerar novos universos

A ideia de que buracos negros podem gerar novos universos parece absurda (especialmente porque ainda não temos certeza sobre a existência de outros universos). No entanto, tais teorias estão sendo ativamente desenvolvidas pelos cientistas.

Uma versão muito simplificada de uma dessas teorias é a seguinte. Nosso mundo tem condições excepcionalmente favoráveis ​​para o surgimento da vida nele. Se qualquer uma das constantes físicas mudasse um pouco, não estaríamos neste mundo. A singularidade dos buracos negros cancela leis ordinárias física e pode (pelo menos em teoria) dar origem a um novo universo que será diferente do nosso.

Buracos negros podem transformar você (e qualquer coisa) em espaguete

Buracos negros esticam objetos próximos a eles. Esses itens começam a se assemelhar a espaguete (há até termo especial- "espaguetificação").

Isso se deve ao modo como a gravidade funciona. NO este momento seus pés estão mais próximos do centro da terra do que sua cabeça, então eles são mais fortemente atraídos. Na superfície de um buraco negro, a diferença de gravidade começa a trabalhar contra você. As pernas são atraídas para o centro do buraco negro cada vez mais rápido, de modo que metade superior o corpo não pode acompanhá-los. Resultado: espaguetificação!

Buracos negros evaporam com o tempo

Os buracos negros não apenas absorvem o vento estelar, mas também evaporam. Este fenômeno foi descoberto em 1974 e foi nomeado radiação Hawking (em homenagem a Stephen Hawking, que fez a descoberta).

Com o tempo, o buraco negro pode dar toda a sua massa ao espaço circundante junto com essa radiação e desaparecer.

Buracos negros retardam o tempo ao seu redor

À medida que você se aproxima do horizonte de eventos, o tempo diminui. Para entender por que isso acontece, precisamos nos voltar para o “paradoxo dos gêmeos”, experimento mental, muitas vezes usado para ilustrar os fundamentos da teoria geral da relatividade de Einstein.

Um dos irmãos gêmeos permanece na Terra, enquanto o outro voa em uma jornada espacial, movendo-se na velocidade da luz. Voltando à Terra, o gêmeo descobre que seu irmão envelheceu mais do que ele, pois ao se mover a uma velocidade próxima à da luz, o tempo passa mais devagar.

À medida que você se aproxima do horizonte de eventos de um buraco negro, você estará se movendo a uma velocidade tão alta que o tempo diminuirá para você.

Buracos negros são as usinas de energia mais avançadas

Os buracos negros geram energia melhor do que o Sol e outras estrelas. Isso se deve ao assunto que gira em torno deles. Superando o horizonte de eventos em grande velocidade, a matéria na órbita de um buraco negro é aquecida a temperaturas extremamente altas. temperaturas altas. Isso é chamado de radiação de corpo negro.

Para comparação, durante a fusão nuclear, 0,7% da matéria é convertida em energia. Perto de um buraco negro, 10% da matéria vira energia!

Buracos negros distorcem o espaço ao seu redor

O espaço pode ser pensado como um elástico esticado com linhas desenhadas nele. Se você colocar um objeto no prato, ele mudará sua forma. Os buracos negros funcionam da mesma maneira. Sua massa extrema atrai tudo para si, inclusive a luz (cujos raios, continuando a analogia, poderiam ser chamados de linhas em uma placa).

Buracos negros limitam o número de estrelas no universo

As estrelas surgem de nuvens de gás. Para que a formação de estrelas comece, a nuvem deve esfriar.

A radiação dos corpos negros impede que as nuvens de gás esfriem e impede a formação de estrelas.

Teoricamente, qualquer objeto pode se tornar um buraco negro.

A única diferença entre o nosso Sol e um buraco negro é a força da gravidade. É muito mais forte no centro de um buraco negro do que no centro de uma estrela. Se o nosso Sol fosse comprimido a cerca de cinco quilômetros de diâmetro, poderia ser um buraco negro.

Teoricamente, qualquer coisa pode se tornar um buraco negro. Na prática, sabemos que os buracos negros surgem apenas como resultado do colapso de grandes estrelas, excedendo a massa do Sol em 20 a 30 vezes.

O Universo sem limites está cheio de segredos, mistérios e paradoxos. Apesar do fato de que a ciência moderna deu um grande salto na exploração espacial, muito neste vasto mundo permanece incompreensível para a visão de mundo humana. Sabemos muito sobre estrelas, nebulosas, aglomerados e planetas. No entanto, na vastidão do Universo existem tais objetos, cuja existência só podemos adivinhar. Por exemplo, sabemos muito pouco sobre buracos negros. Informações básicas e conhecimento sobre a natureza dos buracos negros são baseados em suposições e conjecturas. Astrofísicos e cientistas atômicos têm lutado com essa questão por mais de uma dúzia de anos. O que é um buraco negro no espaço? Qual é a natureza de tais objetos?

Falando sobre buracos negros em termos simples

Para imaginar como é um buraco negro, basta ver a cauda de um trem saindo do túnel. As luzes de sinalização no último vagão à medida que o trem se aprofunda no túnel diminuirão de tamanho até desaparecerem completamente de vista. Em outras palavras, são objetos onde, devido à atração monstruosa, até a luz desaparece. Partículas elementares, elétrons, prótons e fótons não são capazes de superar a barreira invisível, eles caem no abismo negro do nada, portanto, esse buraco no espaço foi chamado de preto. Não há o menor dentro dela área brilhante, escuridão sólida e infinito. O que está do outro lado de um buraco negro é desconhecido.

Este aspirador espacial tem uma força de atração colossal e é capaz de absorver uma galáxia inteira com todos os aglomerados e superaglomerados de estrelas, com nebulosas e matéria escura para arrancar. Como isso é possível? Resta apenas adivinhar. As leis da física conhecidas por nós neste caso estão rachando nas costuras e não fornecem uma explicação para os processos em andamento. A essência do paradoxo está no fato de que em uma determinada seção do Universo, a interação gravitacional dos corpos é determinada por sua massa. O processo de absorção de um objeto por outro não é afetado por sua composição qualitativa e quantitativa. As partículas, tendo atingido uma quantidade crítica em uma determinada área, entram em outro nível de interação, onde as forças gravitacionais se tornam forças de atração. O corpo, objeto, substância ou matéria sob a influência da gravidade começa a encolher, atingindo uma densidade colossal.

Aproximadamente tais processos ocorrem durante a formação de uma estrela de nêutrons, onde a matéria estelar é comprimida em volume sob a influência da gravidade interna. Elétrons livres se combinam com prótons para formar partículas eletricamente neutras chamadas nêutrons. A densidade desta substância é enorme. Uma partícula de matéria do tamanho de um pedaço de açúcar refinado pesa bilhões de toneladas. Aqui seria apropriado relembrar a teoria geral da relatividade, onde espaço e tempo são quantidades contínuas. Portanto, o processo de compactação não pode ser interrompido no meio do caminho e, portanto, não tem limite.

Potencialmente, um buraco negro se parece com um buraco no qual pode haver uma transição de uma parte do espaço para outra. Ao mesmo tempo, as propriedades do espaço e do próprio tempo mudam, transformando-se em um funil espaço-tempo. Chegando ao fundo desse funil, qualquer matéria decai em quanta. O que está do outro lado do buraco negro, esse buraco gigante? Talvez haja outro espaço onde outras leis operem e o tempo flua na direção oposta.

No contexto da teoria da relatividade, a teoria de um buraco negro é a seguinte. O ponto no espaço, onde as forças gravitacionais comprimiram qualquer matéria a dimensões microscópicas, tem uma colossal força de atração, cuja magnitude aumenta ao infinito. Uma ruga de tempo aparece e o espaço é curvo, fechando-se em um ponto. Objetos engolidos pelo buraco negro são incapazes de resistir à força de retração desse monstruoso aspirador de pó por conta própria. Mesmo a velocidade da luz possuída pelos quanta não permite que as partículas elementares superem a força de atração. Qualquer corpo que chegue a tal ponto deixa de ser um objeto material, fundindo-se com a bolha do espaço-tempo.

Buracos negros em termos de ciência

Se você se perguntar, como os buracos negros se formam? Não haverá uma resposta única. Existem muitos paradoxos e contradições no Universo que não podem ser explicados do ponto de vista da ciência. A teoria da relatividade de Einstein permite apenas uma explicação teórica da natureza de tais objetos, mas a mecânica quântica e a física são omissas neste caso.

Tentando explicar os processos em andamento pelas leis da física, a imagem ficará assim. Um objeto formado como resultado da compressão gravitacional colossal de um corpo cósmico massivo ou supermassivo. Este processo tem um nome científico - colapso gravitacional. O termo "buraco negro" apareceu pela primeira vez na comunidade científica em 1968, quando o astrônomo e físico americano John Wheeler tentou explicar o estado de colapso estelar. De acordo com sua teoria, no lugar de uma estrela massiva que sofreu colapso gravitacional, aparece uma lacuna espacial e temporal, na qual atua uma compressão cada vez maior. Tudo o que a estrela consistia vai dentro dela mesma.

Tal explicação permite-nos concluir que a natureza dos buracos negros não está de forma alguma relacionada com os processos que ocorrem no Universo. Tudo o que acontece dentro deste objeto não afeta o espaço circundante de forma alguma com um "MAS". A força gravitacional de um buraco negro é tão forte que dobra o espaço, fazendo com que as galáxias girem em torno de buracos negros. Assim, a razão pela qual as galáxias assumem a forma de espirais torna-se clara. Quanto tempo levará para enorme galáxia A Via Láctea desapareceu no abismo de um buraco negro supermassivo é desconhecido. Um fato curioso é que os buracos negros podem aparecer em qualquer ponto do espaço sideral, onde são criados para isso. condições ideais. Essa ruga de tempo e espaço nivela as enormes velocidades com que as estrelas giram e se movem no espaço da galáxia. O tempo em um buraco negro flui em outra dimensão. Dentro desta região, nenhuma lei da gravidade pode ser interpretada do ponto de vista da física. Este estado é chamado de singularidade do buraco negro.

Os buracos negros não mostram nenhum sinal de identificação externa, sua existência pode ser julgada pelo comportamento dos outros objetos espaciais que são afetados campos gravitacionais. Todo o quadro da luta pela vida e pela morte se passa à beira de um buraco negro, que é coberto por uma membrana. Essa superfície imaginária do funil é chamada de "horizonte de eventos". Tudo o que vemos até este limite é tangível e material.

Cenários para a formação de buracos negros

Desenvolvendo a teoria de John Wheeler, podemos concluir que o mistério dos buracos negros não está em processo de sua formação. A formação de um buraco negro ocorre como resultado do colapso de uma estrela de nêutrons. Além disso, a massa de tal objeto deve exceder a massa do Sol em três ou mais vezes. A estrela de nêutrons encolhe até que sua própria luz não seja mais capaz de escapar das garras da gravidade. Há um limite para o tamanho que uma estrela pode encolher para dar origem a um buraco negro. Esse raio é chamado raio gravitacional. Estrelas massivas no estágio final de seu desenvolvimento devem ter um raio gravitacional de vários quilômetros.

Hoje, os cientistas receberam evidências indiretas da presença de buracos negros em uma dúzia de raios-X. estrelas duplas. Uma estrela de raios-X, pulsar ou rajada não tem uma superfície sólida. Além disso, sua massa mais massa três sóis. O estado atual do espaço sideral na constelação de Cygnus, a estrela de raios-X Cygnus X-1, permite rastrear a formação desses objetos curiosos.

Com base em pesquisas e suposições teóricas, existem quatro cenários para a formação de estrelas negras na ciência hoje:

• colapso gravitacional de uma estrela massiva estágio final sua evolução;
• colapso da região central da galáxia;
• formação de buracos negros em andamento Big Bang;
• a formação de buracos negros quânticos.

O primeiro cenário é o mais realista, mas o número de estrelas negras com as quais estamos familiarizados hoje excede o número de estrelas de nêutrons conhecidas. E a idade do Universo não é tão grande que tal número estrelas massivas poderia passar por todo o processo de evolução.

O segundo cenário tem direito à vida, e há um exemplo vívido disso - o buraco negro supermassivo Sagitário A*, abrigado no centro de nossa galáxia. A massa deste objeto é de 3,7 massas solares. O mecanismo deste cenário é semelhante ao cenário de colapso gravitacional, com a única diferença de que não é a estrela que sofre o colapso, mas gás interestelar. Sob a influência das forças gravitacionais, o gás é comprimido a uma massa e densidade críticas. Em um momento crítico, a matéria se divide em quanta, formando um buraco negro. No entanto, esta teoria é questionável, uma vez que os astrônomos da Universidade de Columbia identificaram recentemente satélites do buraco negro Sagitário A*. Eles acabaram sendo muitos pequenos buracos negros, que provavelmente se formaram de uma maneira diferente.

O terceiro cenário é mais teórico e está relacionado à existência da teoria do Big Bang. Na época da formação do Universo, parte da matéria e dos campos gravitacionais flutuavam. Em outras palavras, os processos tomaram um rumo diferente, sem relação com processos conhecidos mecânica quântica e física nuclear.

O último cenário é focado na física de uma explosão nuclear. Em aglomerados de matéria, no processo de reações nucleares, sob a influência de forças gravitacionais, ocorre uma explosão, no local em que um buraco negro é formado. A matéria explode para dentro, absorvendo todas as partículas.

Existência e evolução dos buracos negros

Tendo uma ideia aproximada da natureza de objetos espaciais tão estranhos, outra coisa é interessante. Quais são os verdadeiros tamanhos dos buracos negros, quão rápido eles crescem? As dimensões dos buracos negros são determinadas pelo seu raio gravitacional. Para buracos negros, o raio do buraco negro é determinado por sua massa e é chamado de raio de Schwarzschild. Por exemplo, se um objeto tem uma massa massa igual do nosso planeta, então o raio de Schwarzschild neste caso é de 9 mm. Nossa luminária principal tem um raio de 3 km. Densidade média um buraco negro formado no lugar de uma estrela com massa de 10⁸ massas solares estará próximo da densidade da água. O raio de tal formação será de 300 milhões de quilômetros.

É provável que esses buracos negros gigantes estejam localizados no centro das galáxias. Até o momento, são conhecidas 50 galáxias, no centro das quais existem enormes poços de tempo e espaço. A massa de tais gigantes é bilhões da massa do Sol. Pode-se apenas imaginar a força de atração colossal e monstruosa que tal buraco possui.

Quanto aos pequenos buracos, são mini-objetos, cujo raio atinge valores desprezíveis, apenas 10¯¹² cm.A massa de tal migalha é de 10¹⁴g. Tais formações surgiram na época do Big Bang, mas com o tempo aumentaram de tamanho e hoje se exibem no espaço sideral como monstros. As condições em que ocorreu a formação de pequenos buracos negros, os cientistas hoje estão tentando recriar em condições terrestres. Para isso, são realizados experimentos em colisores de elétrons, por meio dos quais partículas elementares são aceleradas à velocidade da luz. Os primeiros experimentos possibilitaram a obtenção de plasma de quarks-glúons em condições de laboratório - matéria que existia no início da formação do Universo. Tais experimentos nos permitem esperar que um buraco negro na Terra seja uma questão de tempo. Outra coisa é se tal conquista da ciência humana se transformará em uma catástrofe para nós e para o nosso planeta. Ao criar artificialmente um buraco negro, podemos abrir a caixa de Pandora.

Observações recentes de outras galáxias permitiram aos cientistas descobrir buracos negros cujas dimensões excedem todas as expectativas e suposições concebíveis. A evolução que ocorre com tais objetos permite entender melhor porque a massa dos buracos negros cresce, qual é o seu real limite. Os cientistas chegaram à conclusão de que todos os buracos negros conhecidos cresceram tamanhos reais dentro de 13-14 bilhões de anos. A diferença de tamanho é devido à densidade do espaço circundante. Se um buraco negro tem comida suficiente ao alcance das forças da gravidade, ele cresce aos trancos e barrancos, atingindo uma massa de centenas e milhares de massas solares. Daí o tamanho gigantesco de tais objetos localizados no centro das galáxias. Um enorme aglomerado de estrelas, enormes massas de gás interestelar são alimento abundante para o crescimento. Quando as galáxias se fundem, os buracos negros podem se fundir, formando um novo objeto supermassivo.

De acordo com a análise processos evolutivos, costuma-se distinguir duas classes de buracos negros:

• objetos com massa 10 vezes a massa solar;
• objetos massivos, cuja massa é de centenas de milhares, bilhões de massas solares.

Existem buracos negros com uma massa média intermediária igual a 100-10 mil massas solares, mas sua natureza ainda é desconhecida. Existe aproximadamente um desses objetos por galáxia. O estudo das estrelas de raios-X permitiu encontrar dois buracos negros médios a uma distância de 12 milhões de anos-luz na galáxia M82. A massa de um objeto varia na faixa de 200-800 massas solares. Outro objeto é muito maior e tem uma massa de 10 a 40 mil massas solares. O destino de tais objetos é interessante. Eles estão localizados perto de aglomerados de estrelas, sendo gradualmente atraídos para um buraco negro supermassivo localizado na parte central da galáxia.

Nosso planeta e buracos negros

Apesar da busca por pistas sobre a natureza dos buracos negros, mundo científico preocupa-se com o lugar e o papel do buraco negro no destino da Via Láctea e, em particular, no destino do planeta Terra. A dobra de tempo e espaço que existe no centro da Via Láctea gradualmente engole todos os objetos existentes ao redor. Milhões de estrelas e trilhões de toneladas de gás interestelar já foram absorvidos pelo buraco negro. Com o tempo, a virada chegará aos braços de Cygnus e Sagitário, nos quais o sistema solar está localizado, tendo percorrido uma distância de 27 mil anos-luz.

O outro buraco negro supermassivo mais próximo está na parte central da galáxia de Andrômeda. Isso está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de nós. Provavelmente, antes do momento em que nosso objeto Sagitário A * absorva sua própria galáxia, devemos esperar uma fusão de duas galáxias vizinhas. Assim, haverá uma fusão de dois buracos negros supermassivos em um, terrível e monstruoso em tamanho.

Uma questão completamente diferente são os pequenos buracos negros. Para absorver o planeta Terra, basta um buraco negro com um raio de alguns centímetros. O problema é que, por natureza, um buraco negro é um objeto completamente sem rosto. Nenhuma radiação ou radiação vem de seu ventre, portanto, para notar tal objeto misterioso difícil o suficiente. Apenas de uma curta distância se pode detectar a curvatura da luz de fundo, o que indica que há um buraco no espaço nesta região do Universo.

Até o momento, os cientistas determinaram que o buraco negro mais próximo da Terra é o V616 Monocerotis. O monstro está localizado a 3.000 anos-luz do nosso sistema. Em termos de tamanho, esta é uma grande formação, sua massa é de 9 a 13 massas solares. Outro objeto próximo que ameaça nosso mundo é o buraco negro Gygnus X-1. Com este monstro estamos separados por uma distância de 6000 anos-luz. Os buracos negros identificados em nosso bairro fazem parte de Sistema Binário, ou seja existem nas proximidades de uma estrela que alimenta um objeto insaciável.

Conclusão

A existência no espaço de objetos tão misteriosos e misteriosos como os buracos negros, é claro, nos faz ficar em guarda. No entanto, tudo o que acontece com os buracos negros acontece muito raramente, dada a idade do universo e as enormes distâncias. Por 4,5 bilhões de anos, o sistema solar esteve em repouso, existindo de acordo com as leis que conhecemos. Durante este tempo, nada do tipo, nenhuma distorção do espaço, nenhuma dobra do tempo perto sistema solar não apareceu. Provavelmente, não há condições adequadas para isso. Essa parte da Via Láctea, na qual reside o sistema estelar do Sol, é uma seção calma e estável do espaço.

Os cientistas admitem a ideia de que o aparecimento de buracos negros não é acidental. Tais objetos desempenham o papel de ordenanças no Universo, destruindo o excesso de corpos cósmicos. Quanto ao destino dos próprios monstros, sua evolução ainda não foi totalmente estudada. Existe uma versão de que os buracos negros não são eternos e em um determinado estágio podem deixar de existir. Não é mais segredo para ninguém que tais objetos são as mais poderosas fontes de energia. Que tipo de energia é e como é medida é outra questão.

Através dos esforços de Stephen Hawking, a ciência foi apresentada com a teoria de que um buraco negro ainda irradia energia, perdendo sua massa. Em suas suposições, o cientista foi guiado pela teoria da relatividade, onde todos os processos estão interligados entre si. Nada simplesmente desaparece sem aparecer em outro lugar. Qualquer matéria pode ser transformada em outra substância, enquanto um tipo de energia vai para outro nível de energia. Este pode ser o caso dos buracos negros, que são um portal de transição de um estado para outro.

Se você tiver alguma dúvida - deixe-a nos comentários abaixo do artigo. Nós ou nossos visitantes teremos prazer em respondê-las.

maciço buraco negro no centro de uma galáxia espiral. Crédito e direitos autorais: NASA.

Quer ouvir algo legal? Há um enorme buraco negro no centro da Via Láctea. E não apenas um enorme buraco negro, mas um buraco negro supermassivo com uma massa de mais de 4,1 milhões de vezes a massa do Sol.

Encontra-se a apenas 26.000 anos-luz da Terra, bem no centro da nossa galáxia, em direção à constelação de Sagitário. E, como sabemos, ele rasga e absorve não apenas estrelas, mas também sistemas estelares inteiros que se aproximam dele, aumentando assim sua massa.

Espere, isso não soa nada legal, parece mais assustador. Certo?

Não se preocupe! Você realmente não tem nada com que se preocupar, a menos que planeje viver por vários milhares de milhões de anos, como eu fiz graças à transferência de minha consciência para a realidade virtual.

Este buraco negro engolirá a Via Láctea?

A descoberta do buraco negro supermassivo (SMBH) no centro da Via Láctea, como a descoberta de SMBHs em quase todas as outras galáxias, é uma das minhas descobertas favoritas em astronomia. Esta é uma daquelas descobertas que em simultâneo com as respostas a algumas questões dá origem a outras questões.

Na década de 1970, os astrônomos Bruce Balik e Robert Brown descobriram uma intensa fonte de emissão de rádio vinda do centro da Via Láctea, da constelação de Sagitário.

Eles designaram esta fonte como Sgr A*. O asterisco significa "emocionante". Você acha que estou brincando, mas não. Desta vez, não estou brincando.

Em 2002, os astrônomos descobriram que as estrelas passavam por esse objeto em órbitas altamente alongadas, como cometas circulando o Sol. Imagine a massa do nosso sol. Precisar força colossal para expandi-lo!

Um enorme buraco negro como imaginado por um artista. Crédito & Copyright: Alain Riazuelo / CC BY-SA 2.5.

Apenas buracos negros podem fazer isso e, no nosso caso, esse buraco negro é milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol - é um buraco negro supermassivo. Com a descoberta de SMBHs no centro de nossa galáxia, os astrônomos perceberam que os buracos negros estão no centro de todas as galáxias. Ao mesmo tempo, a descoberta de buracos negros supermassivos ajudou a responder a uma das principais questões da astronomia: o que é um quasar?

Acontece que quasares e buracos negros supermassivos são a mesma coisa. Quasares são os mesmos buracos negros, apenas no processo de absorção ativa de material do disco de acreção girando em torno deles. Mas estamos em perigo?

No curto prazo, não. O buraco negro no centro da Via Láctea está a 26.000 anos-luz de distância e, mesmo que se transforme em um quasar e comece a devorar estrelas, não o notamos por muito tempo.

Um buraco negro é um objeto de enorme massa que ocupa uma pequena região do espaço. Além disso, se você substituir o Sol por um buraco negro com exatamente a mesma massa, nada mudará. Quero dizer que a Terra continuará seu movimento na mesma órbita por bilhões de anos, apenas em torno do buraco negro.

O mesmo vale para o buraco negro no centro da Via Láctea. Ele não suga material como um aspirador de pó, apenas age como uma espécie de âncora gravitacional para o grupo de estrelas que orbitam ao seu redor.

O antigo quasar na representação do artista. Crédito e direitos autorais: NASA.

Para que um buraco negro engula uma estrela, esta deve se mover na direção do buraco negro. Ele deve cruzar o horizonte de eventos, que no nosso caso é cerca de 17 vezes o diâmetro solar. Se uma estrela se aproximar do horizonte de eventos, mas não o cruzar, provavelmente será dilacerada. No entanto, isso acontece muito raramente.

Os problemas começam quando essas estrelas interagem umas com as outras, fazendo com que mudem suas órbitas. Uma estrela que viveu feliz em sua órbita por bilhões de anos pode ser perturbada por outra estrela e expulsa de sua órbita. Mas isso não acontece com frequência, principalmente no "subúrbio" galáctico em que nos encontramos.

A longo prazo, o principal perigo está na colisão da Via Láctea e Andrômeda. Isso acontecerá em cerca de 4 bilhões de anos, resultando no aparecimento de uma nova galáxia, que pode ser chamada de Mlecomed. De repente, haverá muitas novas estrelas em interação. Ao mesmo tempo, as estrelas que antes eram seguras começarão a mudar suas órbitas. Além disso, um segundo buraco negro aparecerá na galáxia. O buraco negro de Andrômeda pode ser 100 milhões de vezes mais massivo que o nosso Sol, então é um grande alvo para as estrelas morrerem.

Então, um buraco negro engolirá nossa galáxia?

Nos próximos bilhões de anos, mais e mais galáxias colidirão com o Urso Lácteo, causando estragos e destruição. Claro, o Sol vai morrer em cerca de 5 bilhões de anos, então esse futuro não será nosso problema. Bem, bem, com minha eterna consciência virtual, isso ainda será meu problema.

Depois que o Mlekomed engolir todas as galáxias próximas, as estrelas simplesmente terão uma quantidade incontável de tempo durante a qual interagirão umas com as outras. Alguns deles serão ejetados da galáxia e alguns serão jogados em um buraco negro.

Mas muitos outros estarão perfeitamente seguros esperando o momento em que o buraco negro supermassivo simplesmente evapore.

Assim, o buraco negro no centro da Via Láctea é completa e absolutamente seguro. Pelo resto da vida do Sol, ele não interagirá conosco de nenhuma das maneiras acima ou consumirá mais do que algumas estrelas por ano.