*В этот пасмурный день, который нельзя было не заметить сквозь большие окна аудитории, занятия начинались как нельзя рано. Профессор, как обычно, ждала учеников в аудитории, задумчиво глядя на непонятный сверток. Не предпринимая попыток его открыть, Рената лишь легонько толкала его пером, в промежутках успевая кивать ученикам в знак приветствия. Лишь звон колокола сумел отвлечь её от столь важного занятия.*- Доброе утро. На прошлой лекции мы обсудили процесс формирования звезд, классификацию звезд и косвенно затронули судьбу Солнца. Сегодня более детально поговорим о процессе умирания сверхгигантов. И не только…
*На последней фразе профессор сделала особый акцент, после чего лишь загадочно улыбнулась.*- От массы звезды в конце существования зависит, сожмется она, взорвется либо просто погаснет. О звездах намного больших размеров, чем наше Солнце, можно сказать, что они «живут быстро и умирают молодыми». Дело в том, что они гораздо
быстрее других звезд сжигают свое ядерное топливо. А в конце жизни их ожидают необычные превращения. Звезды, которые в начале своей жизни были в десятки раз больше Солнца, расширяются и становятся не просто красными гигантами, а
красными сверхгигантами. Это настоящие звезды-великаны, самые огромные во Вселенной. Звезда может оставаться красным сверхгигантом от сотен тысяч до миллионов лет. Но, в конце концов, и им приходит время погаснуть. Уходят эти великаны красиво.
1. Когда почти весь водород в ядре сверхгиганта заканчивается, ядро схлопывается. При этом температура и давление невероятно возрастают.
2. В результате происходит запуск термоядерных реакций синтеза, при которых образуются все более тяжелые элементы: графит, кремний, магний и железо.
Удивительно, но все тяжелые элементы, встречающиеся на Земле и других планетах, включая элементы, из которых состоит тело человека, образуются в гаснущих звездах. Невероятно, но, если подумать, все мы в какой-то мере состоим из звездной пыли. 3. Ядро горит еще некоторое время, пока давление не упадет и ядро не схлопнется снова. Так повторяется много-много раз, а затем ядро становится таким тяжелым, что буквально не выдерживает своей массы и сильно сжимается, как здание, обрушивающееся под собственной тяжестью.
4. Образуются невероятные объемы тепла, давления и энергии, а световая вспышка и взрыв по силе превосходят взрыв нескольких триллионов мощнейших ядерных боеголовок.
Умирающая звезда – сверхгигант, являющаяся предшественницей сверхновой, за неделю
производит больше энергии, чем Солнце за все время своего существования. Одна ярчайшая вспышка – и сверхгиганта больше нет.
- Только не думайте, что от звезды ничего не остается. Окончательная форма «умирающей» звезды зависит от
массы невзорвавшегося «вещества», которое осталось после образования сверхновой.
Есть два варианта событий: 1. Если масса остатка в полтора-три раза больше основной массы Солнца, то звезда схлопнется и превратится в сверхплотную
нейтронную звезду. Хочу заметить одну интересную деталь. Нейтронная звезда может быть всего 14 километров в диаметре, но плотность ее настолько велика, что
чайная ложка вещества, из которого она состоит, будет весить около 10 миллионов тонн – приблизительно как 15 000 авиалайнеров. 2. Если масса остатка превышает массу Солнца в три и более раза, то ядро может схлопнуться, образуя
черную дыру – массивное тело, гравитационное притяжение которого настолько велико, что на определенном расстоянии его не может преодолеть даже свет, вот почему черные дыры невидимы.
*Одна из учениц Гриффиндора нетерпеливо подняла руку, на что профессор ответила кивком головы.*- Профессор, а часто такое случается? В космосе много черных дыр? Они ведь опасные…
*Рената с пониманием восприняла вопрос девочки, так как он действительно являлся важным, а в особенности на данном этапе лекции.*- Массивные звезды, из которых они образуются, встречаются довольно редко, но все же черных дыр в космосе больше, чем можно подумать. К примеру, современные ученые-астрономы считают, что в центре каждой галактики во Вселенной, включая нашу, расположена черная дыра. Только не нужно паниковать! Вопреки распространенному убеждению, что
черные дыры засасывают соседние звезды и планеты, как огромные космические пылесосы, это не так. Гравитационное притяжение черной дыры очень сильно вблизи, но на определенном расстоянии ослабевает и становится менее опасным.
Как видим,
наше Солнце, являющееся желтым карликом, недостаточно большое, чтобы превратиться в черную дыру. Но даже если бы это произошло, планеты не были бы поглощены. Более того, их орбиты даже не изменились бы – планеты продолжали бы вращаться вокруг бывшего Солнца, теперь ставшего черной дырой.
Но, конечно же, без Солнца не будет ни света, ни тепла, поэтому все живое вымерзнет и умрет…
*Профессор молча развернулась и направилась в сторону доски, быстро махнув волшебной палочкой. Теперь ученики могли увидеть наглядную картинку.*- Но мы отвлеклись. Дело в том, что на определенном расстоянии черная дыра не может ничего поглотить и разрушить. Это расстояние определяется границей черной дыры, или
горизонтом событий. Он образует невидимую сферу, в
центре которой расположена
сингулярность (то есть сингулярность – это самый центр черной дыры). Расстояние от центра черной дыры до горизонта событий называется
радиусом Шварцшильда и зависит от массы самой черной дыры.
- Сама «дыра» в космосе меньше атома, а вот радиус окружающего ее черного облака, из которого нет пути назад, может быть разным – от нескольких миллиметров до триллионов километров.
- Тогда как может дыра размером меньше атома поглотить планету? -
*Неожиданно для самого себя сказал мальчик с Равенкло, после чего смутился и опустил глаза.*- Очень хороший вопрос. Дело в том, что сама по себе сингулярность (или дыра) вообще не имеет размера – она представляет собой звездную массу, сплюснутую в точку
бесконечной плотности и нулевого объема. Но если говорится о размере самой «дыры», в которой пропадают (безвозвратно) предметы, то имеется в виду расстояние от одного края горизонта событий до другого. По длине этого расстояния черные дыры делятся на несколько видов.
А) Черные дыры звездных масс. Обычно не превышают 60 километров. Но при этом масса такой дыры в несколько раз превышает массу звезды-карлика или светила среднего размера.
Б) Черные дыры промежуточных масс. Могут быть в тысячи раз больше массы Солнца, а диаметр – всего несколько тысяч километров, то есть приблизительно равен диаметру Земли.
В) Сверхмассивные черные дыры. В сотни миллиардов раз превышают массу Солнца.
Ученые считают, что при зарождении Вселенной могли существовать
микроскопические черные дыры, хотя пока никому не удалось найти ни одной такой дыры.
- Итак, почему же астрономы решили, что в центре нашей галактики может быть черная дыра? За многие годы наблюдений за другими галактиками с помощью телескопов и специальных приборов они заметили
огромное количество энергии, исходящее из невидимого источника в самом центре галактики. Одно из объяснений заключается в том, что в центре каждой галактики есть сверхмассивная черная дыра, вокруг которой вращается огромное количество звезд. Сталкиваясь друг с другом, звезды теряют массу и скорость, сходят с орбиты, попадают за горизонт событий и бесследно исчезают в черной дыре. Прежде чем навсегда исчезнуть, звезды вращаются по краю черной дыры и сталкиваются друг с другом. При этом они
разогреваются до температуры в миллионы градусов и выделяют в окружающее пространство невероятное количество энергии в форме рентгеновского, гамма- и других форм излучения. Фиксируя это излучение, ученые определяют положение невидимой черной дыры в космосе.
Опасны ли они? Каждый задавал себе этот вопрос, наверное. Этого никто не знает наверняка, потому что еще никто и никогда не приближался к черной дыре. А даже если бы и приблизился, еще не известны случаи, чтобы кто-то (или что-то), попав в черную дыру, вернулся и рассказал о своих приключениях. Но из того, что известно, прогнозы вовсе неутешительные.
За горизонтом событий
силы гравитации становятся настолько сильными, что разрывают на части все, что попадает в черную дыру. Некоторые ученые-физики считают, что можно пролететь сквозь черную дыру и очутиться в другой точке Вселенной. Если удастся остаться живым после прохождения через сингулярность, то, может быть, получится выйти из черной дыры через другую сингулярность в отдаленной точке космического пространства, или в другом измерении, или даже в параллельной Вселенной. Но даже если это и так и две черные дыры могут образовать такие «звездные врата», в которые кому-то удалось войти, то как выйти? Ведь на другом конце ждет такая же черная дыра (из которых, предположительно, ничего не может выйти). Пусть они и такие плохие, но многие ученые считают, что черные дыры принимают непосредственное участие в
образовании галактик. *Звон колокола известил присутствующих о завершении лекции. Поэтому профессору только и оставалось грустно пожать плечами.* - Увы, но на этом все. Очень надеюсь, что материал был интересным, пусть даже и слегка сложным. Запишите домашнее задание, и вы свободны. -
*Забрав свой загадочный сверток со стола, Рената быстрым шагом вышла из аудитории.*
Задания
- Найдите и исправьте ошибки.
1) Солнце является красным карликом и не может превратиться в черную дыру.
2) Микроскопические черные дыры достигают 60 километров.
3) Звезды, которые в несколько раз меньше Солнца, становятся красными сверхгигантами.
4) Существует четыре вида черных дыр: микроскопические, маленькие, звездных масс, промежуточных масс, сверхмассивных масс. - Как ученые определяют положение черных дыр в космосе?
- В самом центре черной дыры находится сингулярность?
- (Эта лекция только для 2 курсов)
Дополнительные задания
- Сочинение-размышление. Может ли черная дыра вести в другую галактику? Поразмышляйте.
- Сочинение-рассуждение. Похожесть состава звезды и тела человека - случайность? Или что-то большее? Аргументируйте свой ответ.
- Сочинение-рассуждение. Как вы думаете, много черных дыр в космосе? Порассуждайте.
- (Эта лекция только для 2 курсов)
