звездная дыра рождает больше всего нейтрино всех сортов (84 % от всех частиц). Количество рожденных при этом фотонов составляет 17 %. Гравитонов рождается 2 %.
Черная дыра излучает больше всего нейтрино, потому что их квантовое вращение (спин) минимально. Оно равно 1/2. У гравитонов спин равен 2, поэтому их меньше всего.
Черная дыра с малой массой имеет высокую температуру. Такие черные дыры порождают кроме этих частиц и электронно-позитронные пары. Но речь идет о черных дырах, размеры которых в тысячу раз меньше атома. Это, конечно, очень похоже на фантастику. Но, оказывается, должны быть и черные дыры, которые еще меньше. Такие микроскопические черные дыры, как полагают физики, способны излучать также мюоны и более тяжелые элементарные частицы. Эти черные дыры не просто микроскопические. Их размер меньше атомного ядра. Ясно, что такие черные дыры не могут возникать путем бесконечного сжатия звезд. Полагают, что в далеком прошлом могли быть условия, необходимые для рождения таких черных дыр.
Черные дыры могут испаряться. Но это испарение является квантовым. Суть этого испарения состоит в следующем. По законам классической физики у частицы нет возможности вырваться из черной дыры. Но по законам квантовой механики у определенной доли частиц имеется возможность «просочиться» через запретный энергетический барьер. Запретный потому, что у частицы нет достаточного количества энергии для того, чтобы это сделать законно. Она просачивается через энергетический барьер вопреки всем законам физики. Именно вследствие такого процесса просачивания частиц и происходит испарение черных дыр. Получается, что черные дыры сами затягиваются без всяких внешних воздействий. Они просто превращаются в тепловое излучение.
Физики установили, что по мере уменьшения массы черной дыры в процессе испарения температура черной дыры увеличивается. Это значит, что испарение ускоряется. Так этот процесс постепенно нарастает. Когда масса черной дыры уменьшается до тысячи тонн, температура ее излучения увеличивается до 1CF'. Это фантастическая температура. Следствием этого может быть только взрыв. Дело в том, что это вещество (последние тысячи тонн, которые остались от черной дыры) упаковано в очень маленьком, микроскопическом объеме. Оно взрывается и за одну десятую долю секунды превращается в излучение. При таком взрыве черной дыры выделяется энергия, которая эквивалентна взрыву одного миллиона мегатонных водородных бомб. Так кончает свою жизнь черная дыра. Что же касается жизни черной дыры, то она может быть долгой даже в космических масштабах.
от обычной звезды до черной дыры
Активный период жизни звезды определяется скоростью потери энергии на излучение и запасами топлива. Это зависит от массы звезды. Продолжительность жизни звезды определяется ее массой. Если масса звезды равна массе Солнца, то такая звезда живет активной жизнью примерно десять миллиардов лет. Чем массивнее звезда, тем короче ее активная жизнь. Если масса звезды составляет три массы Солнца, то такая звезда живет всего один миллиард лет. Звезда с массой, равной 10 масс Солнца, живет всего сто миллионов лет.
Когда ядерное топливо звезды заканчивается, звезда продолжает терять энергию. Она ее излучает и поэтому сжимается. Если масса звезды не превышает массу Солнца более чем в 1,2 раза, то сжатие ее закончится тогда, когда радиус звезды составит несколько тысяч километров. Плотность вещества таких звезд огромная. Один квадратный сантиметр этого вещества весит тысячу тонн. Такие звезды получили название белых карликов. Превратившись в белого карлика, звезда остывает и не изменяет своих размеров. Дальнейшему сжатию белого карлика препятствует давление газа. Оно обеспечивается квантовыми силами, возникающими между достаточно тесно упакованными электронами плазмы, которые составляют звезду. В этих условиях давление не зависит от температуры вещества звезды. Поэтому белый карлик остывает и превращается в черного карлика. Размер его при этом не изменяется.
В том случае, если масса звезды больше 1,2 массы Солнца, то в результате сжатия плотность ее вещества станет еще больше. При такой плотности начнут протекать ядерные реакции, которые поглощают много энергии. Поэтому звезда начинает стремительно сжиматься. Такое сжатие может закончиться ядерным взрывом, он называется вспышкой сверхновой звезды. В результате ядерного взрыва звезда сбрасывает оболочку и превращается в нейтронную звезду. В центре звезды плотность достигает миллиарда тонн в кубическом сантиметре. Примерно такова плотность атомного ядра. Собственно, специалисты считают, что нейтронная звезда есть что-то вроде атомного ядра размером в несколько километров. Ядерные частицы-нуклоны очень тесно упакованы в нейтронной звезде.
Если масса звезды не превосходит две массы Солнца, то нук-лонный газ способен квантовыми силами воспрепятствовать дальнейшему сжатию звезды. Тогда нейтронная звезда перестанет сжиматься и будет существовать в этом качестве. Нейтронные звезды считают холодными. Но на самом деле в ее центре температура достигает сотен — миллионов градусов, а на поверхности миллиона градусов. Тут нет никакого противоречия. При таком состоянии вещества как у нейтронной звезды понятие температуры является формальным, вычислительным и не имеет ничего общего с тем, к которому мы привыкли в повседневной жизни. Собственно, таково положение не только на нейтронной звезде, но даже в нашей атмосфере на высоте в сотни километров. Там ситуация обратная — плотность атмосферного газа столь мала, что можно говорить о вакууме. При такой малой плотности газа, как и при чрезмерно большой плотности, как в нейтронных звездах, температура является чисто вычислительной.
НЕЙТРИНО ВО ВСЕЛЕННОЙ
Нейтрино — это элементарная частица, обладающая огромной проникающей способностью. Существование такой частицы физик В. Паули предсказал еще в 1930 году. Эта частица понадобилась ученому для того, чтобы объяснить, куда девается часть энергии при бета-распаде. Бета-частица — это электрон. Когда происходит радиоактивный распад ядер с испусканием электронов, один химический элемент превращается в другой (так, тритий превращается в гелий). Но измерения показывают, что часть энергии при этом утрачивается, не регистрируется. Эту энергию уносит нейтрино, которое очень слабо взаимодействует с веществом и поэтому остается незамеченным физическими приборами. Проникающая способность нейтрино действительно фантастична — оно пролетает сквозь Землю, Солнце и вообще сквозь любые небесные тела без каких-либо проблем. Это и хорошо и плохо. Плохо потому, что для того, чтобы изучить нейтрино, надо его поймать. А сделать это трудно. А хорошо потому, что нейтрино может принести нам информацию из самых недоступных мест, например из самой центральной области Солнца и других звезд.
Далее мы будем говорить о нейтрино вообще, хотя существует три типа разных нейтрино. Это нейтрино электронные, мюонные и тау-нейтрино. Каждый тип нейтрино участвует только в определенных, специфических для него реакциях.
Ученые изучали нейтрино многие десятилетия. Они не сомневались, что нейтрино играет очень важную роль во Вселенной. И действительно, оказалось, что нейтрино является главной частицей во Вселенной. Академик М. Марков, специалист по физике нейтрино, так писал об этой частице: «Современнику трудно гадать, какое истинное место займет нейтрино в физике будущего. Но свойства этой частицы столь элементарны и своеобразны, что естественно думать, что природа создала нейтрино с какими-то глубокими, пока для нас не всегда ясными «целями».
Вселенная имеет ячеистую структуру, похожую на пчелиные соты. Это значит, что в сверхскоплениях галактик сами галактики и их скопления сосредоточены в тонких слоях, которые образуют стенки ячеек. Внутренность ячеек практически пуста. Если сравнить эту структуру с пчелиными сотами, то можно сказать, что в ребрах этих «сот» плотность галактик особенно велика.
Наблюдения показывают, что движение галактик в их скоплениях происходит таким образом, как будто в пространстве между галактиками имеется какая-то невидимая масса. Эта масса своим тяготением оказывает влияние на движущиеся объекты. Только по этим движениям мы можем судить об этой массе. Никак иначе она себя не проявляет. Это скрытая, невидимая масса. По-видимому, она окружает и большие галактики. Об этом свидетельствует характер движения карликовых галактик, а также других объектов, находящихся вокруг них. Ученые, однако, рассчитали, что в областях скопления галактик этой скрытой массы
