Микромонстры вселенной

космос.черная дыра.планеты.звезды.

Сегодня черными дырами уже никого не удивишь. Космический телескоп Хаббл демонстрирует на своих снимках признаки присутствия этих "невидимок" в далеких галактиках, а многочисленные наблюдения на крупнейших наземных обсерваториях показывают, как целый рой звезд движется по коротким эллиптическим орбитам вокруг некоего весьма компактного , но при этом чрезвычайно массивного объекта в центре Млечного Пути. Масса этого невидимого объекта в несколько миллионов раз превышает массу Солнца.

И вот на горизонте появились новые "монстры" - темная материя и темная энергия. Вначале их предсказали теоретически, как еще в 30-е годы прошлого века предсказали черные дыры. Потом доказали, что монстры существуют. Новые загадки мироздания принято связывать с реликтами - отголосками таинственных образований, возникших в первые мгновения после рождения Вселенной.

Стивен Хокинг их Кембриджского университета в 1971 году высказал предположение, что в центрах звезд, подобных нашему Солнцу, могли накапливаться сформировавшиеся в ранней Вселенной сверхплотные гравитационно связанные объекты - гипотетические образования, напоминающие по строению черные дыры предельно малых масс, которые получили название реликтовых черных дыр (РЧД).

Расчеты показали, что РЧД образовались во время так называемой "радиационной эры", когда возраст Вселенной не превышал одной десятитысячной доли секунды, а ее плотность превосходила плотность атомных ядер. Знаменитое открытие Хокингом процесса испарения черных дыр ограничило их массу "снизу" на уровне примерно миллиарда тонн. Столько весит куб океанской воды со стороной около одного километра. Но если его сжать до состояния черной дыры, то он окажется не крупнее электрона.

Черные дыры с массой менее миллиарда тонн не могут существовать из-за процесса квантового испарения. Приблизившись к этому роковому пределу, они взрываются. При этом выделяется энергия, излучаемая Солнцем в течение шести минут. Основная часть этой энергии выделится в виде гамма-квантов с энергией в несколько десятков миллионов электрон-вольт.

Группа российских космологов в 2001 году предсказала фазовые переходы в период инфляции - грандиозного расширения пространства во время Большого Взрыва. При этом образовались особые топологические структуры - так называемые доменные стенки, разделяющие макроскопические области (домены).

По мере того, как мы движемся вперед во времени от момента Большого Взрыва, Вселенная становится все менее горячей и менее плотной, пока в ней не начали происходить фазовые переходы, изменяющие ее форму и свойства. Например, водяной пар, содержащийся в атмосфере, при падении температуры превращается в воду, а затем и в лед. Мы видим, что формы и свойства воды в разных фазовых состояниях существенно различаются. Нечто подобное имело место и в молодой Вселенной, когда она расширялась и охлаждалась. Только фазовые переходы происходили не в водяном паре, а непосредственно в материальном субстрате. Подобные переходы обычно сопровождаются образованием новых структур.

При фазовых переходах различные области Вселенной стремились достичь состояния с минимальной энергией. Однако таких состояний может быть несколько. Доменная стенка разделяет регионы двух возможных минимумов потенциальной энергии. Доменные стенки сами обладают энергией, более того - они могут распадаться. Их распад (коллапс) приводит к образованию скоплений реликтовых черных дыр. Условия существования доменных стенок выполняются для доменов с массами, превышающими миллиард тонн, а их возможные значения могут быть до сотни солнечных масс.

Первичных черных дыр может быть в миллионы раз больше, чем звезд и планет. Реликтовая черная дыра с критической массой 1 миллиард тонн имеет размер вдвое меньше классического радиуса электрона. А РЧД с массой, превышающей критическую в 10 миллиардов раз, имеет размер всего лишь 15 микрон.

Заметная доля материальной части Вселенной может состоять из микроскопически малых по размеру черных дыр реликтового происхождения, образовавшихся в первые моменты существования нашего мира. РЧД, как и атомы, практически вечны. Правда, в некоторых случаях атом, взаимодействуя с другими частицами, может трансформироваться, разделиться на составные части, исчезнуть как структурная единица.

Черная дыра может исчезнуть только в одном случае - если она приблизится к роковому пределу массы в один миллиард тонн. При этом она взорвется в процессе квантового испарения. Черные же дыры с большими массами неуничтожимы.

Стивен Хокинг открыл процесс "испарения" черных дыр, доказал, что они обладают хоть и ничтожно малой, но все же не нулевой температурой, и должны излучать, как абсолютно черное тело. Излучение уносит энергию, а следовательно, и массу черной дыры, и если масса не "пополняется", то через неисчислимое множество лет она приблизится к пределу (1 миллиард тонн) и взорвется. В реальности - по крайней мере, в нашу эпоху - этого не происходит, так как окружающее черную дыру пространство представляет собой не абсолютную пустоту, и она "набирает" из него столько вещества, что с избытком компенсирует все потери.

РЧД с массой 1 миллиард тонн является уже не классическим, а квантовым объектом. В представлении физиков вакуум - не абсолютная пустота, а место, где постоянно рождаются и исчезают виртуальные пары "частица - античастица" разнообразных видов. Эти пары спонтанно появляются на короткое время, а затем снова сливаются. Если же в пространстве создать достаточно сильное электрическое или магнитное поле, то появившиеся частицы, имеющие противоположный заряд, уже не смогут "воссоединиться" и начинают удаляться друг от друга, двигаясь в разных направлениях.

Внешне это будет выглядеть как рождение материи "из ничего". На самом деле пары частиц порождает энергия поля. Вблизи черной дыры таким "разделителем" является мощное гравитационное поле. Оно поляризует вакуум. Взаимная аннигиляция возникших потоков частиц и античастиц порождает излучение. Черная дыра критической массы (1 миллиард тонн) излучает гамма - кванты с энергией примерно 50 Мэв.

Чем меньше размер черной дыры - тем сильнее поляризация вакуума, тем интенсивнее процесс испарения, тем выше температура излучения. У черных дыр критической массы эта температура достигает 100 млрд. кельвинов. В финале раньше или позже все закончится "квантовым взрывом". Наше воображение не способно понять, как можно совместить чудовищную массу с размером электрона, температурой в миллиарды градусов и мощностью в сотни мегаватт.

В отличие от твердого тела, черная дыра испытывает крайне малое сопротивление при движении сквозь материю. Она проходит через любое вещество - будь то планета или звезда - свободно, как сквозь вакуум. Таким образом, черную дыру практически невозможно остановить. Слегка замедлить ее движение способно вещество нейтронных звезд, имеющее плотность атомных ядер. Если поместить черную дыру околокритической массы в материальную среду, она начнет аккумулировать из нее вещество. Этот процесс в астрономии называется аккрецией. Такая черная дыра увеличивает свою массу вдвое примерно за один миллиард лет, каждую секунду излучая энергию, эквивалентную выделяемой при взрыве тысячи тонн тротила.

В зависимости от своей скорости вращения черная дыра аккумулирует от 6% до 42% падающего вещества, остальное "перерабатывается" в мощное гамма - излучение. Давление этого излучения на падающее вещество препятствует катастрофическому процессу наращивания массы.

Конечно, на современном этапе эволюции Вселенной концентрация реликтовых черных дыр в пространстве исключительно низка, однако полностью исключить вероятность столкновения одной из них с нашей планетой невозможно. Относительная скорость движения черной дыры должна быть не менее второй космической (11,2 км/с), а на самом деле окажется еще в несколько раз больше. Она промелькнет перед ззором наблюдателя за считанные секунды в виде огненного шара диаметром порядка полукилометра, беспрепятственно войдет в Землю, пронзит ее насквозь, выйдет с противоположной стороны и удалится в космос. На каждом километре ее движения выделится энергия, равная мощности ядерной бомбы, сброшенной на Хиросиму. Пострадают люди, животные и строения, находящиеся в нескольких сотнях метров от "точки входа" и "точки выхода"..., но это еще далеко не конец света.

Наличие даже очень маломассивного реликтового "гравитационного реактора" неизбежно приведет к существенным изменениям в сценарии эволюции небесного тела. Если масса реликтовой черной дыры окажется более одной стотысячной массы Солнца, основной вклад в светимость звезды будет вносить не термоядерная  реакция превращения водорода в гелий, а "гравитационный реактор".

Важный намек на возможное "инфицирование" планет реликтовыми черными дырами можно найти в Солнечной системе. Известно, что Юпитер и Сатурн излучают больше энергии, чем получают от Солнца. Избыток этого теплового потока составляет около 200%. Измерения теплового потока от других планет показывает избыток на уровне нескольких процентов.

Для избыточного энергопроизводства Юпитера и Сатурна массы реликтовых черных дыр, захваченных ими, составляют 40 млн и 7 млн мегатонн соответственно. Эти микроскопические объекты по размеру сравнимы с атомом водорода. Возможно, в недрах этих планет свободно вращаются не еденичные черные дыры, а целый "чернодырный рой".

Следующим этапом размышлений на эту тему просто обязана стать фантазия о развитой цивилизации, умеющей находить подобные объекты или даже создавать их искуственно, чтобы потом использовать в качестве "межзвездных кораблей" и одновременно - вечного пристанища Галактического Разума.

По материалу Б. Жиляева, подготовил С. Рябошапко

cnНА ГЛАВНУЮcnК СПИСКУ cnВ НАЧАЛО

Рейтинг@Mail.ruЯндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru