Внутри Черной дыры

Обсуждаем общие вопросы астрономии и других физико-математических наук. Вопросы по астрономии от новичков.

Внутри Черной дыры

Сообщение ЕАМеркулов » 13 июл 2022, 13:48

Что происходит с материальным объектом, поглощенным Черной дырой: скрывшимся для внешнего наблюдателя под т.н. поверхностью Шварцшильда?

Прежде всего, что есть сама поверхность Шварцшильда, из-под которой уже ничто (даже световой фотон) не в состоянии выбраться? Эта сфера имеет радиус «r», который определяется для абсолютно любого тела, имеющего массу «М», формулой:

r = 2∙G∙M/c²
где «G» – есть гравитационная постоянная, а «с» – это скорость света.

Таким образом, каждому объекту, обладающему массой покоя «М», приписывается свой гравитационный радиус. И если у нашей Земли он соответствует примерно одному сантиметру, то гравитационный радиус Солнца составляет уже порядка трех километров. По этой формуле можно рассчитать даже гравитационный радиус любого человека.
При всем этом, сам гравитационный радиус зависит не только от массы тела, но (причем в значительно большей степени) еще и от скорости света. И будь наша скорость света иной (не 300 000 км/сек), то и гравитационный радиус был бы иным. Другими словами, этот самый гравитационный радиус (а фактически радиус Черной дыры) – есть лишь чисто формальная граница, на которой скорость света приравнивается нами к космической скорости «V» рассчитываемой, как известно, по формуле соответствия силы инерции кругового движения силе гравитационного взаимодействия:

m∙V²/r = m∙G∙M/r²

Именно из этого соотношения сил (путем приравнивания второй космической скорости, световой), и определяется наш пресловутый гравитационный радиус.
Сие небольшое «лирическое» вступление спонадобилось лишь для понимания условного характера размеров Черной Дыры, зависящей как от ее массы, так и от скорости света!

А теперь конкретика.
Рассмотрим нейтронную звезду массой в полтора раза превышающей массу Солнца. Радиус «R» такой звезды (точнее, остатка звезды умершей) составляет около 20 км. При этом ее гравитационный радиус «r» окажется, согласно приведенной выше формуле, равным порядка 4,5 км. Однако если мы нарастим массу нашей нейтронной звезды до двух солнечных масс, то собственная гравитация этого звездного огарка сожмет его до радиуса R = 10 км. А гравитационный радиус такого объекта составит уже r = 6 км. И если мы (чисто теоретически, токма любопытства ради) продолжим наращивать массу нашей нейтронной звезды до четырех солнечных, то ее реальный радиус сожмется еще сильнее и станет менее 10 км., но гравитационных радиус, при этом, возрастет до 12 км. И это будет уже не нейтронная звезда, а самая настоящая Черная дыра, поскольку вся масса нашего объекта окажется внутри (r > R) сферы Шварцшильда!
О чем это говорит. Только о том, что будь в нашем мире скорость света (чисто теоретически) всего вдвое выше (с = 600 000 км/сек), то гравитационный радиус нейтронной звезды, с массой равной 4 солнечным, составлял бы всего 3 км. Ни о какой Черной дыре, в этом случае, речи бы просто не шло. И только низкая (300 000 км/сек) скорость света не позволяет нам разглядеть объект «провалившийся» внутрь того, что мы именуем Черной дырой. И потому мы ничего не можем сказать о том, останется ли рассматриваемый нами объект (массой в 4 солнечных) по-прежнему нейтронной звездой или же преобразуется под действием собственной гравитации в нечто иное, например, в гипотетическую кварковую звезду?
В любом случае, под сферой Шварцшильда (внутри Черной дыры) вполне может существовать реальный физический объект, отнюдь не нулевых размеров.

Тут же вполне закономерен и следующий вопрос: а может ли внутри Черной Дыры существовать группа физических тел, каждое из которых само по себе черной дырой не является. Другими словами, может ли скопление, скажем, нейтронных звезд представлять собою (для внешнего наблюдателя) одну большую Черную дыру?
Проведем небольшие расчеты.

    1) Берем одну нейтронную звезду с М = 2, т.е. объект, имеющий физический радиус 10 км., при гравитационном радиусе в 6 км. И полагаем что вокру него, в объеме соответствующим радиусу в 1 млн. км. нет никаких других объектов.
    2) Увеличим рассматриваемый нами объем до радиуса в 2 млн. км. В нем мы уже сможем разместить 8 наших нейтронных звезд, с учетом того, что на каждую из них будет приходиться объем свободного пространства, соответствующий пункту №1.
    Такое скопление нейтронных звезд будет иметь массу М = 16. Соответственно его гравитационный радиус составит r = 48 км., что значительно меньше размеров нашего скопления R = 2 млн. км.
    3) Продолжим аналогичным (пункту №2) образом наращивать объем нашего скопления нейтронных звезд до 70 млн. штук. При этом масса нашего скопления возрастем до М = 140 млн. солнечных масс, а его гравитационный радиус составит r = 420 млн. км, что, как нетрудно видеть, будет уже превышать реальный размер нашего скопления: R = 412 128 529 км.
Тем самым, для внешнего наблюдателя, такое скопление небесных тел (целиком разместившее внутри сферы Шварцшильда) будет выглядеть Сверхмассивной черной дырой. Одним из тех объектов, что являются ядрами галактик. Принципиальным образом не меняет картины и то обстоятельство, что столь тесное (пункт №1) расположение объектов внутри скопления, с течением времени, неизбежно будет приводить к слиянию отдельных нейтронных звезд в классические черные дыры. По этой причине Сверхмассивную черную дыру следует скорее рассматривать как скопление небесных объектов различной физической природы…
Рассматривать (чисто гипотетически) как гравитационно связанную систему, включающую в себя (помимо нейтронных звезд) еще и классические Черные дыры, наряду с Белыми карликами и, возможно, даже звездами главной последовательности. И, таким образом, вполне может статься, что в центрах галактик (во всяком случае, достаточно крупных) существуют сверхкрупные скопления звезд, воспринимаемых нами (со стороны) в качестве просто Сверхмассивных черных дыр.
В этой связи следует заметить, что две обычные Черные дыры (классические черные дыры звездной массы), обращающиеся вокруг общего центра масс, могут (для внешнего наблюдателя) выглядеть (в случае превышения гравитационного радиуса такой системы расстояния между этими Черными дырами) как ОДНА, быстровращающаяся вокруг собственной оси Черная дыра.

И последнее, может быть самое главное: Сверхмассивная черная дыра, как возможное скопление «обычных» объектов звездной природы, является моделью Вселенной в целом, поскольку, с момента своего рождения из сингулярной точки и по настоящий момент времени «Т», фактический размер Вселенной...

R = Т∙с

...был и остается менее ее гравитационного радиуса.
Аватара пользователя
ЕАМеркулов
 
Сообщения: 586
Зарегистрирован: 04 дек 2014, 16:09
Пол: Муж
Оборудование для наблюдений: телескоп Мицар
Как давно Вы интересуетесь астрономией: более 10 лет

Вернуться в Общий астрономический форум

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1