МГА-2009

МГА-2009>>вопросы-ответы>>Звезды, черные дыры, Галактика и т.п.

Звезды, черные дыры, Галактика и т.п.

Вопрос: В чём сходство и различия между звёздами и планетами? Дима

Ответ: Различия достаточно велики. Массы звезд существенно превышают массы планет. Размеры, как правило, тоже. Планеты светят отраженным светом, а звезды излучают свет сами (собственно, это - следствие различия масс). Сходство же состоит только в том, что планеты, расположенные от нас на расстояниях до нескольких световых часов, имеют примерно такой же видимый блеск, как и звезды, удаленные от нас на расстояния в десятки и сотни световых лет..

О.Ю.Малков

Вопрос: Натолкнулся на противоречивые данные по одной из звезд. Луч света, пройдет расстояние, равное диаметру Альфы Геркулеса, только за 12 дней. Т.е. диаметр этой звезды в 200 000 раз больше диаметра Солнца. По другим данным её масса всего в 80 раз превышает Солнечную. Где истина? И какую из известных звезд можно назвать самой большой? Радмир

Ответ: Диаметр звезды Альфа Геркулеса, согласно Каталогу звездных диаметров CADARS, составляет около 120 диаметров Солнца, т.е., примерно 167 млн. км. Луч света проходит такое расстояние за 9 минут.

Что же касается самых больших звезд (с известными радиусами), то к ним можно отнести Эпсилон Возничего и VV Цефея. Их радиусы - около 2000 радиусов Солнца. При этом их массы оцениваются всего в 15-20 солнечных масс. Такое расхождение между массой и радиусом не должно удивлять: радиус звезды в процессе эволюции может измениться значительно, а масса в первом приближении остается неизменной. Так, через несколько миллиардов лет радиус Солнца - при той же массе - увеличится в 50-100 раз.

О.Ю.Малков

Вопрос: Какая туманность не является туманностью? Катя

Ответ: Например, Туманность Андромеды (на самом деле это галактика).

Один из самых первых каталогов туманностей был создан в XVIII веке французским астрономом Шарлем Мессье. Природа этих туманностей его не интересовала: он создавал список "неподвижных" незвездных объектов, которые мешали ему охотиться за кометами (туманности и кометы легко было спутать). В каталог, таким образом, помимо действительно туманностей, попали некоторые звездные скопления и галактики, для многих из которых присвоенный Мессье номер до сих пор остается основным названием. Примеры: Мессье 45 (рассеянное звездное скопление Плеяды), Мессье 15 (шаровое звездное скопление в созвездии Пегаса), Мессье 31 (Галактика Андромеды).

О.Ю.Малков

Вопрос: На каком расстоянии от Солнечной системы должна произойти вспышка сверхновой, чтобы это как-либо отразилось на Солнечной системе (имееется в виду широкий спектр последствий - от минимальных до катастрофических)? Переживала ли солнечная система подобные или другие катаклизмы в прошлом? nemoW

Ответ: Вопрос о том, как галактическая "окружающая среда" влияет на Cолнечную систему, занимает ученых уже давно, и в списке возможных факторов влияния сверхновые занимают очень заметное место. Еще в 1957 году В.И. Красовский и И.С. Шкловский высказали предположение, что излучения, связанные с близкой вспышкой сверхновой могли повлиять на радиоактивный фон на Земле и тем самым сказаться на эволюции биосферы. В 1974 году М. Рудерман предложил еще один канал влияния сверхновых на земную жизнь: реакции с участием соединений азота, стимулированные космическими лучами и жестким электромагнитным излучением, способны существенно снизить атмосферное содержание озона. При этом воздействие жесткого излучения будет ограничено лишь собственно продолжительностью вспышки, а вот воздействие космических лучей может оказаться более длительным -- сотни лет. Расчеты показывают, что неприятные (как минимум) последствия вспышка будет иметь при условии, что произойдет она ближе примерно 10 пк от Земли. При вспышке примерно на таком же расстоянии нам будет грозить и прямое выпадение вещества оболочки сверхновой (часть этого вещества будет радиоактивной). От опасных последствий более далеких вспышек Землю защитит солнечный ветер, который надувает вокруг Солнца защитный "пузырь" -- гелиосферу.

Конечно, это не означает, что более далекий взрыв не способен оставить на Земле вообще никаких следов. Сопоставление пиков в содержании оксидов азота в антарктических льдах с датами известных вспышек сверхновых показывает, что некоторые измеряемые изменения в атмосфере Земли способны производить даже сверхновые, вспыхнувшие в сотнях пк от нас. Еще один признак относительно недавней близкой вспышки -- повышенное содержание радиоактивного изотопа железа-60 в осадочных породах. Оценки показывают, что это железо могло быть вброшено в Солнечную систему в результате вспышки сверхновой на расстоянии в несколько десятков пк около 2,5 млн. лет назад.

Впрочем, вспышка сверхновой -- это не обязательно плохо. Расчеты, например, показывают, что не менее опасными для земной жизни были бы столкновения Солнечной системы с плотными межзвездными газопылевыми облаками. Но вот уже три миллиона лет Солнечная система медленно плывет сквозь гигантскую каверну, почти свободную от газа и от связанных с ним опасностей, -- Местный пузырь. Эта каверна в межзвездной среде Галактики, вероятно, создана вспышками сверхновых. Наконец, высказываются предположения, что само образование Солнечной системы было стимулировано близкой вспышкой сверхновой.

Д.З.Вибе

Вопрос: Существует ли связь между планетарными туманностями и планетами?

Ответ: Нет. Туманности округлой формы назвал планетарными Вильям Гершель. Поскольку по внешнему виду (при наблюдениях в телескопы Гершеля) они были похожи на открытую им планету Уран, Гершель решил отразить это сходство в названии. Теперь мы знаем, что планетарные туманности -- это внешние слои газа, сбрасываемые звездами промежуточных масс на завершающем этапе эволюции. Причем далеко не все из них имеют округлую форму, благодаря которой планетарный туманности изначально получили свое "неправильное" имя. Во многих случаях разлетающаяся оболочка умирающей звезды по каким-то причинам (магнитное поле, взаимодействие с околозвездным веществом...) принимает очень замысловатые очертания. Благодаря которым планетарные туманности справедливо считаются одними из красивейших объектов Вселенной.

Д.З.Вибе

Вопрос: Здравствуйте. Я читал книгу Чернин, Черепащук "Вселенная. Жизнь. Черные дыры". По поводу прочитанного у меня есть вопросы:

Доказано ли что Птолемей был на самом деле?
Насколько вероятна возможность существования на спутниках Юпитера жизни, экосистем, разумной жизни?
Можно ли послать тело в прошлое при отрицательной силе тяжести равной чёрной дыре?
Поясните "Альфа-Бета-Гамма" теорию? Виктор.

Ответ: 1) До сих пор, насколько мне известно, у профессиональных историков не было повода сомневаться в существовании Птолемея - великого энциклопедиста, астронома, географа. Если у Вас есть сомнения, поделитесь с нами.

2) Весьма вероятно, что на крупных ледяных спутниках Юпитера - на Европе и Ганимеде - есть подледный океан жидкой воды при комнатной температуре. Это подходящая для жизни среда. На этом и основаны надежны обнаружить там биологическую активность. Что касается разумной жизни на спутниках Юпитера, то, даже если она там есть, разве же это жизнь?!

3) Вопроса не понял.

4) В конце 1940-х Георгий Гамов с сотрудниками проделал расчеты термоядерного синтеза в условиях горячей расширяющейся среды, характерной для первых минут после рождения Вселенной. Поскольку плотность и температура плазмы при расширении падают, ядерные реакции через несколько минут после рождения Вселенной прекращаются, и химический состав среды "замораживается". Его можно сравнивать с составом древних звезд и планет. Теория Гамова в целом оказалась верной и, более того, правильно прогнозировала температуру современной Вселенной, которую указывает температура реликтового излучения (2,7 К). Что же касается шуточного названия этой теории (Альфа-Бета-Гамма), то история эта описана во многих книгах: статью о ядерных реакциях в ранней Вселенной подготовили Георгий Гамов и его ученик и соавтор Ральф Альфер. Но Гамов вписал еще и третьего автора - Ганса Бете, известного специалиста по ядерным реакциям в звездах. Отчасти это было признанием вклада Бете в исследование ядерных реакций, отчасти - просто шуткой. И она удалась. Точно так же, как удалась шутка Фреда Хойла, когда непризнаваемую им теорию горячей расширяющеся Вселенной он окрестил как Big Bang (Большой взрыв). С тех пор все ее так и называют. Как известно, самые большие глупости делаются с умным выражением лица; а истинно великое можно делать и с улыбкой..

В.Г.Сурдин

Вопрос: Некоторые "звёзды" в каталоге Simbad обозначены как галактики. Например, одна из них «NGC 1312»:

http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=NGC+1312
http://www.seds.org/~spider/ngc/revngcic.cgi?NGC1312
http://nedwww.ipac.caltech.edu/cgi-bin/nph-objsearch?objname=NGC+1312
Чем же она является? Алексей

Ответ:

см. ответ на вопрос ниже.

Вопрос: Здравствуйте. При поиске информации в разных астрономических базах данных возникли противоречия. Объект: NGC 1312. Согласно БД Simbad: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/sim-id?Ident=NGC+1312 это галактика, а согласно каталогу NGC - это звезда, причём двойная: http://www.seds.org/~spider/ngc/ngc.cgi?1312 Так что же это всё-таки? Звезда или галактика? Аналогичные случаи с объектом NGC 3339, и ещё несколькими. Константин

Ответ: В обоих случаях (NGC 1312 и NGC 3339) речь идет о галактиках. В этом можно убедиться, если с результирующей страницы VizieR запросить соответствующие изображения из базы данных Aladin.
.

Франсуа Охсенбайн (Страсбургский центр астрономических данных)

Вопрос: Много искал в Интернете про внутреннюю структуру белых карликов, но ничего не нашел. Создается такое впечатление ,что это однородные шары лишенные внутренней структуры. Но там есть вырожденное вещество, разве нет сверхпроводимости и связанных с ней всяких интересных эффектов?. Антон

Ответ: Действительно, внутри белых карликов есть вырожденное вещество, но нельзя сказать, что они однородны. Даже если они однородны по химическому составу -- в основном там смесь углерода и кислорода, -- они не однородны по давлению. Ведь давление должно расти от поверхности к центру в любой звезде, именно разность давлений удерживает звезду в равновесии при наличии огромной гравитации.

Там, где вещество вырождено (чем глубже, тем сильней), давление определяется плотностью, уже не зависит от температуры, -- это и есть определение вырожденности, -- т.е. и плотность не однородна по звезде, она тоже сильно нарастает к центру. Температура, хоть и не влияет на давление в недрах, тоже не совсем однородна. Недра практически изотермические, но температура сильно падает к поверхности, где вырождение уже снимается.

Важно понимать, что там, где вырождение сильно, т.е. в недрах белого карлика, оно относится только к электронному компоненту плазмы. Ионная часть остаётся невырожденной. Во внешних слоях это обычная классическая плазма -- идеальный газ (иногда с сильным магнитным полем, в десятки тысяч раз более сильным, чем в солнечных пятнах, но только в небольшой доле белых карликов). Внутри ионы образуют так называемую кулоновскую жидкость -- уже неидеальный газ, а в самых старых белых карликах, после миллиардов лет остывания, они могут образовывать кристалл. Первым в 1960 г. на возможность кристаллизации белых карликов указал Д.А. Киржниц. При этом вклад и жидкости, и кристалла в давление остаётся существенно меньше вклада вырожденных электронов, но всё тепло хранится ионами.

Условия вырождения ещё недостаточно для сверхпроводимости. Ведь все наши металлы при обычных земных условиях тоже имеют вырожденные электроны, но для сверхпроводимости нужны более низкие температуры и другие особые свойства вещества. Возможно, сверхпроводящее состояние есть в нейтронных звёздах, но не в белых карликах.

Не могу согласиться, что в Интернете мало написано про белые карлики. Например, К.А. Постнов: http://www.astronet.ru/db/msg/1171272 или В.В. Иванов http://www.astronet.ru/db/msg/1179738 - только тут неверно написано "Теория остывания белых карликов была развита в 1952 г. независимо и одновременно (и с абсолютно совпавшими результатами) С.А. Капланом (СССР) и Л. Местелом (Англия)". На самом деле статья Каплана ВЫШЛА не в 1952, а в 1950, а работа была СДЕЛАНА в 1947 году -- на 5 лет раньше Местела! Абсолютное совпадение результатов -- это было бы чудо, если бы работы были независимы. В данном случае это не так: косвенно в своих более поздних обзорах Местел признал, что использовал работу Каплана без ссылки. К сожалению, вот это как раз не чудо, а бывает сплошь и рядом. Т.е. надо говорить так: Теория остывания белых карликов была развита в конце 1940-х годов С.А. Капланом и опубликована в Астрономическом Журнале (том 27, стр. 31, 1950).

С.И.Блинников

Вопрос: Вопрос про параметры нашей Галактики. Есть много разных исследований скорости её вращения(v0), массы и радиуса(r0), но не зная хорошо предмет в них сложно ориентироваться. Какие более правильные, а какие не заслуживают доверия? Я слышал что МАС'ом для этих параметров рекомендуется использовать конкретные величины, но нигде не могу найти ссылку (можно на английском). Антон.

Ответ: К сожалению, морфология нашей Галактики изучена пока неполно, а ее основные параметры (расстояние от Солнца до центра, скорость вращения на разных расстояниях от центра, распределение массы и светимости в пространстве) определены с точностью не лучше 10-20%. Рекомендации МАС относительно параметров Галактики, во-первых, давно не публиковались, во-вторых, не являются обязательными к исполнению. Советую посмотреть статью Milky Way в "Википедии"(http://en.wikipedia.org/wiki/Milky_Way ) и особенно - указанную в ней литературу.

В.Г.Сурдин

Вопрос: Правда ли что в центре каждой галактики есть черная дыра? И правда ли то что с каждым годом мы все больше приближаемся к ней? .

Ответ: Сейчас считается, что черная дыра есть в центре каждой галактики с достаточно массивным балджем (балдж - это шарообразная звездная подсистема, все галактики состоят из балджей и дисков, однако соотношение размеров балджей и дисков у разных галактик разное). Но надо честно признать, что проверено - есть ли в центре черная дыра? - всего где-то у сотни близких галактик: рук, времени и сил на большее у астрономов не хватает. Из самых близких галактик - у Туманности Андромеды (M31) дыра точно есть, где-то на 30 млн солнечных масс, а у Туманности Треугольника (M33) достаточно массивной черной дыры в центре точно нет. Абсолютно уверенно измерена масса черной дыры в центре нашей Галактики - по движениям близких к центру звезд, если применить к ним закон всемирного тяготения Ньютона, масса нашей черной дыры около 4 млн солнечных масс. Однако хочу успокоить вопрошающего: наше Солнце движется в Галактике по устойчивой круговой орбите на отдалении около 8 килопарсек от центра, и это расстояние практически не уменьшается уже несколько миллиардов лет. Если с нашей Галактикой не случится какой-нибудь глобальной катастрофы, типа столкновения с Туманностью Андромеды, мы не упадем на центральную черную дыру.

О.К. Сильченко

Вопрос: Что такое падающие звёзды? Николай

Ответ: Падающими звездами в народе называют светлые "штрихи", вспыхивающие в ночном небе на короткое время - от долей секунды до нескольких секунд. Ученые называют это явление "метеор". Это светящийся след, остающийся после сильного разогрева и разрушения влетевшего в атмосферу Земли небольшого космического тела весом, как правило, в несколько граммов - осколка астероида или кометы, а порой - мелкой детали космического аппарата.

В.Г.Сурдин

Вопрос: Захожу на сайт ГисМетео. Смотрю погоду - обещают облака. А облаков не было вообще. Я где-то читал, что при изобретении компьютера во много раз превышающего по мощности современные суперкомпьютеры, прогноз погоды будет точным. Так ли это? Как сильно повлияло изучение атмосфер других планет на прогнозы погоды на Земле? Евгений

Ответ: Совершенно очевидно, что использование мощных компьютеров и результатов наблюдений с метеоспутников существенно увеличило точность краткосрочного прогноза погоды. Это подтвердит каждый, кто помнит прогнозы полувековой давности. Но насколько сильно на это повлияло изучение атмосфер иных планет, мне не известно. Думаю, что не сильно, поскольку планетологи пока работают с крупномасштабными моделями атмосфер, а метеорологи - со значительно более мелкомасштабными. Впрочем, некоторые метеорологи занимаются не прогнозом погоды, а долговременным моделированием климата; эта работа уже ближе к тому, чем заняты планетологи. Надеюсь, во время следующего Международного Геофизического Года на его сайте откроется страничка "Вопросы - ответы". Вот тогда и спросим!

В.Г.Сурдин

Вопрос: Здравствуйте! Сперва я хотел бы поблагодарить М.Е. Прохорова за ответ на мой вопрос про Ч.Д. (черные дыры)
У меня накопилось несколько вопросов:

Насколько велика вероятность что Бетельгейзе колапсирует в ближайшем будущем, ученые http://lenta.ru/news/2009/07/30/giant/ выяснили, что она быстро теряет массу (что это значит?). И ,насколько я понял, если Солнечная система будет совпадать с осью вращения звезды во время взрыва, (пройдет через поток гамма частиц спустя 650 лет после взрыва) , то землю и человечество будет ждать очень неприятные последствия, насколько неприятные? Радиация? какие виды космических лучей можно ждать?
Недавно увидел новость по телевизору, что японцы создали детектор для регистрации потоков нейтрино от сверхновых, если можно, то расскажите пожалуйста о самом проекте и его целях.? Ziphead.

Ответ: 1. Эволюция массивной звезды сопровождается интенсивным звездным ветром: ее излучение столь сильно, что фактически срывает со звезды внешние слои ее оболочки. При этом масса сорванного вещества может составлять очень существенную долю исходной массы звезды. Считается, что темп потери массы возрастает на поздних стадиях эволюции звезды, то есть, действительно, перед вспышкой сверхновой. Однако сам по себе факт потери вещества еще не говорит о том, что красный сверхгигант готов "вот-вот" взорваться. Пример сверхновой SN1987A показывает, что иногда звезда успевает до вспышки снова превратиться в голубой сверхгигант -- за счет того что при оттоке вещества обнажаются внутренние, более горячие слои. Так что Бетельгейзе действительно коллапсирует в ближайшем будущем -- в астрономическом смысле этого слова, -- но когда именно, сказать невозможно.

В любом случае, эта вспышка не будет сопровождаться гамма-всплеском, поскольку -- по современным представлениям -- гамма-всплесками сопровождается коллапс более массивных звезд. С этой стороны нам ничто не угрожает: ближайший потенциальный источник гамма-всплеска -- Эта Киля. Эта звезда очень далека от нас, и ось ее вращения не направлена на Солнечную систему.

Вообще же расчеты показывают, что наиболее "дальнодействующим" неблагоприятным фактором вспышки сверхновой являются космические лучи. Но Бетельгейзе слишком далека от нас, чтобы ее взрыв привел к каким-то заметным последствиям на Земле (разрушение озонового слоя, изменение химсостава атмосферы).

2. Речь, скорее всего, шла о SuperKamiokande ( http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/sk/index-e.html) -- детекторе нейтрино, расположенном в Японии, в шахте Камиока на глубине 1000 метров. Он, конечно, не предназначен исключительно для регистрации нейтрино, генерируемых при вспышках сверхновых. На нем наблюдаются и солнечные, и атмосферные нейтрино. Однако именно при помощи этого детектора было произведено первое и пока единственное наблюдение нейтринного излучения сверхновой -- это была сверхновая 1987A.

Детектор состоит из цилиндрической емкости диаметром 39.3 м и высотой 41.4 м, которая заполнена 50000 т чистой воды. Взаимодействие нейтрино с веществом приводит к генерации так называемого черенковского излучения, которое фиксируется многочисленными фотоумножителями. Об этом и других "нейтринных телескопах" можно почитать здесь: http://elementy.ru/lib/430418

Д.З.Вибе

Вопрос: Центральные звезды планетарных туманностей в своей эволюции должны пересекать полосу нестабильности на диаграмме Г-Р. Как это сказывается на этих звездах и на самой туманности? Антон.

Ответ: На диаграмме Г-Р в области пересечения полосы нестабильности с последовательностью белых карликов находятся переменные звезды типа ZZ Кита. Их температуры -- порядка 10000-12000К -- соответствуют солидному возрасту порядка миллиарда лет. К этому времени никаких следов планетарной туманности уже не остается. Однако в середине 1980-х годов было высказано предположение о существовании еще одной полосы нестабильности, в которую как раз и попадают горячие пред-белые карлики и ядра планетарных туманностей -- их называют звездами типа PG 1159 или звездами типа GW Девы. В них часто наблюдаются нерадиальные пульсации с периодами от нескольких минут до нескольких десятков минут и амплитудой в одну-две десятых звездной величины. Предполагается, что эти пульсации могут быть связаны с ионизацией углерода и кислорода во внешних слоях звезды. Они вряд ли существенно сказываются на эволюции (прото)планетарной туманности, но обратная связь, то есть влияние процессов, происходящих около звезды, на ее пульсации, вполне
возможна.

Д.З. Вибе

Вопрос: Здравствуйте. У меня вопрос касается внутреннего строения звезд. Во многих книгах внутреннее строение описано так: массивные звезды имеют конвективное ядро и лучистую фотосферу, звезды малой массы лучистое ядро и конвективную фотосферу. А есть ли переходные модели звезд на границе этих если можно сказать популяций, к какому спектральному классу они принадлежат и где находятся на диаграмме Г-Р? Антон

Ответ: Если речь идет о звездах Главной последовательности, то такие переходные звезды, конечно, существуют. В интервале масс примерно от 1-1.1 массы Солнца до 1.5 массы Солнца звезды обладают одновременно и конвективным ядром, и конвективной оболочкой. Это звезды спектральных классов F и G.

А.В. Тутуков

Вопрос: Поясните, пожалуйста, механизм излучения Хокинга. В частности, интересует, почему уменьшается масса ЧД. Юрий

Ответ: Решение уравнений Эйнштейна, найденное в 1916 году Шварцшильдом, описывает черную дыру, не изменяющуюся со временем. В отличие от него, реальные черные дыры, образовавшиеся при коллапсе ядер массивных звезд, или сверхмассивные черные дыры, образовавшиеся в центрах галактик, являются нестационарными. Они продолжают сжиматься, все ближе и ближе подходя к своему гравитационному радиусу. Хотя для внешнего наблюдателя это движение почти незаметно, гравитационное поле остается переменным с характерным временем равным отношению гравитационного радиуса черной дыры к скорости света. А в переменном гравитационном поле рождаются частицы. Частицы рождаются парами, причем одна из частиц пары появляется под горизонтом черной дыры, а вторая - снаружи от него. Первая частица всегда падает в центр черной дыры, а вторая имеет шанс улететь от нее - для этого она должна двигаться почти по радиусу наружу и ее скорость должна быть близка к скорости света. Вылетающие частицы и есть Хокинговское излучение. Оно имеет тепловой спектр с температурой обратно пропорциональной массе черной дыры. Массивные черные дыры - холодные - испускают только фотоны. Черные дыры малой массы - горячие - могут рождать и испускать и другие, в том числе массивные частицы.

М.Е. Прохоров

Вопрос: Уважаемый Михаил Евгеньевич,
Если Вы не против, задам еще вопрос. Почему тогда при испарении первичной ЧД выделяется огромное количество энергии (за короткий промежуток времени, взрывоподобным образом), если и первичная, и созданная на ускорителе ЧД непосредственно перед испарением имеют очень малую массу и не отличаются друг от друга? Большое спасибо. Alex

Ответ: Я уже объяснял это в ответах на Ваши предыдущие вопросы.(1, 2)

М.Е. Прохоров

Вопрос: Уважаемый Михаил Евгеньевич,
Спасибо за ответ про черные дыры. Если можно, я задам еще один вопрос.Также можно сделать следующий вывод: если первичная черная дыра имела массу, при которой в наши дни она испарится до размеров ЧД, созданной на ускорителе, то она ничем не будет отличаться от ЧД, созданной на ускорителе в последние моменты своей жизни. В этот момент масса этой первичной ЧД будет очень мала, и, значит, тогда не будет выделения огромного количества энергии?Большое спасибо. Alex

Ответ: Совершенно верно, черная дыра, испарившаяся до очень малой массы, ничем не будет отличаться от родившейся на ускорителе.

М.Е. Прохоров

Вопрос: На БАК надеются получить микроскопические черные дыры, которые тут же испарятся. Как писал Хоукинг в книге <Черные дыры и молодые вселенные>, при испарении ЧД выделяется огромное количество энергии (чего, по всей видимости, не ожидается при экспериментах на БАК). Отсюда у меня вопрос: чем отличается ЧД, когда-то рожденная коллапсом звезды, на последних (микро)секундах жизни перед испарением от ЧД, созданной при столкновении высокоэнергичных частиц на ускорителе? Alex

Ответ: Сначала про выделяемую энергию. Энергия, которая выделяется при испарении черной дыры определяется ее массой по формуле Эйнштейна: E=mc². Хокинг писал о черных дырах, которые могли образоваться на ранних этапах расширения нашей Вселенной. Их масса около 10¹⁵ г (около 1 миллиарда тонн). При их испарении выделяется очень много энергии, такое событие можно увидеть из другого конца Вселенной.

На ускорителе будут рождаться черный дыры массами 10^-5 г и энерговыделение будет там намного меньше.

Теперь ответ на ваш основной вопрос. Несмотря на то, что черные дыры в космосе могут быть очень большими и очень массивными, любая черная дыра описывается только 3 параметрами: массой, угловым моментом ("вращением") и электрическим зарядом. Эти параметры описывают ВСЕ свойства черных дыр. В этом смысле черные дыры больше похожи на элементарные частицы, чем на космические тела.

Отсюда вывод: если черная дыра, родившаяся из сколлапсировавшей звезды, испарится до массы черной дыры, созданной на ускорителе, они ничем не будут отличаться друг от друга.

М.Е. Прохоров

Вопрос: Какое внутреннее строение имеет черная дыра? И второй вопрос: почему нет частиц (или взаимодействий) со скоростью, большей, чем скорость света? SN

Ответ: 1. Какое внутреннее строение имеет черная дыра?
Во-первых, что можно понимать под "внутренним" строением черной дыры? Если область, которая скрывается под ее горизонтом, то этот вопрос разработан достаточно хорошо. Но чисто теоретически, поскольку все, что находится под горизонтом снаружи увидеть нельзя, ни свет, ни какое другое излучение из под горизонта черной дыры выйти не могут. А если кто-то решится влететь под горизонт, то он всё увидит, но выбраться наружу и рассказать нам уже не сможет. Собственно внутри черных дыр нет ничего кроме гравитационного поля. Но именно гравитация определяет движение частиц внутри черной дыры, то есть ее строение. Далее, черные дыры бывают разные: невращающиеся - это решение в 1916 году нашел Шварцшильд, поэтому их называют шварцшильдовыми, вращающиеся (или Керровские) черные дыры, и черные дыры с электрическим зарядом. Невращающиеся черные дыры (с зарядом и без) обладают сферической симметрией, вращающиеся - осевой. В центре любой сферически-симметричной черной дыры гравитационное поле становится бесконечно большим, поэтому эту точку называют сингулярностью. Рядом с этой точкой (на расстояниях меньше 10^-33 см) вся известная нам физика перестает работать, что там происходит пока совершенно непонятно.

Внутри шварцшильдовой черной дыры все тела приближаются к центру и проходят расстояние от горизонта до сингулярности (по собственным часам) за конечное время. Никакая внешняя сила или двигатель не может остановить это движение. Структура заряженной черной дыры сложнее. На некотором расстоянии от ее центра расположен второй внутренний горизонт событий. Между внешним и внутренним горизонтами тела, "обязаны" двигаться к центру. Но после пересечения внутреннего горизонта можно двигаться внутри него в любом направлении.

Еще сложнее устроена вращающаяся черная дыра. У нее также существует второй внутренний горизонт. Причем оба горизонта - правильные сферы. Есть и сингулярность, имеющая вид кольца, расположенного в плоскости экватора в центре черной дыры. А еще вокруг черной дыры существует эргосфера - область снаружи от горизонта в которой все тела вынуждены двигаться в сторону вращения черной дыры.

Это описание очень краткое. Подробнее популярное изложение внутреннего строения черных дыр модно прочесть в книге У. Дж. Кауфмана "Космические рубежи теории относительности", М.,: Мир, 1981 (некоторые главы из этой книги опубликованы в Интернете: http://astronet.ru/db/msg/1174703).

2.Почему нет частиц (или взаимодействий) со скоростью, большей, чем скорость света?
Действительно, в очень многих книгах, в том числе в учебниках, можно прочесть утверждение, что "теория относительности доказала (или показала), что никакой сигнал, частица или взаимодействие не может распространяться со скоростью большей скорости света". Это совершенно неправильное представление.

На самом деле специальная теория относительности делит все известные частицы (и тела) на три класса по скоростям их движения: первый класс - те, что всегда движутся со скоростью ниже световой, второй - строго со световой, и третий - движущиеся всегда быстрее света. Для этих частиц даже придуманы специальные названия: для досветовых - тардионы или брадионы, для световых - люксоны, и для сверхсветовых - тахионы.

Большинство известных нам частиц всегда движутся со скоростями меньшими скорости света, т.е. относятся к первому классу. Их можно остановить и в этом состоянии измерить массу. Ее называют массой покоя. Для того, чтобы заставить такую частицу двигаться с некоторой скоростью, необходимо затратить энергию. По мере приближения скорости частицы к скорости света скорость частицы возрастает все медленнее и медленнее, то есть частица становится все более и более массивной. Этот эффект называют релятивистским возрастанием массы тел.

Ко второму классу - люксонов - сегодня относят только две частицы: фотон, квант электромагнитного поля, и гравитон, квант гравитационного поля. Эти частицы (в вакууме) всегда движутся со скоростью строго равной скорости света. Их нельзя ни замедлить, тем более остановить, ни ускорить. Их можно только породить или уничтожит. Между этими двумя событиями люксон будет лететь со скоростью света. Масса покоя люксонов равна нулю. Некоторое время назад к этому классу еще относили нейтрино, но потом было экспериментально показано, что их масса покоя очень мала, но не ноль.

И, наконец, тахионы. Эти частицы очень странные. Их скорость всегда больше скорости света. Причем, чем выше энергия такой частицы, тем ближе ее скорость к световой, но всегда чуть больше. А частицы с малыми энергиями движутся со скоростями намного больше скорости света. При стремлении энергии к нулю их скорость стремится к бесконечности! При потере энергии такие частицы ускорять свое движение. Если бы мы могли сделать шар из тахионов и поместить его в вязкую среду, то он начал бы терять энергию из-за трения и стал бы ускоряться!

При этом поведение тахионов описывается теми же самыми формулами специальной теории , что и поведение остальных частиц, только для этого их масса покоя должна быть мнимой (квадрат массы - отрицательным).

Примерно 50 лет назад были проведены эксперименты по поиску электрически заряженных тахионов. Дело в том, что если электрически заряженное тело движется со скоростью выше скорости света, то оно излучает электромагнитные волны. Такое излучение называется Черенковским в честь ученого, который его открыл. Для обычных тел или частиц и в вакууме такой эффект невозможен, но в среде скорость света может быть существенно ниже. Например в воде она ниже примерно в полтора раза, поэтому энергичные заряженные частицы, например электроны или протоны, могут ее превысить. На регистрации черенковского излучения в воде, льду или даже в воздухе построены и работают несколько детекторов частиц сверхвысоких энергий.

А заряженный тахион излучал бы и в пустоте (в вакууме). Если бы рядом с детектором излучения родился бы такой тахион, то он очень быстро излучил бы почти всю свою энергию, ускорился до почти бесконечной скорости и улетел. Но детектор зафиксировал бы короткую вспышку света с очень необычными свойствами. Ни одного тахиона в этих экспериментах обнаружено не было. О других экспериментах по поиску тахионов мне, к сожалению, ничего не известно.

Не ясно, существуют ли в природе тахионы, но теории относительности их существование не противоречит.

М.Е.Прохоров

Вопрос: Недавно в архиве появилась статья "Supernovae Red Shifts fitted by Special Relativity, no Dark Energy" (http://arxiv.org/abs/0901.3854 ), где предложено объяснение красного смещения в рамках СТО, без привлечения гипотезы о темной энергии. Получилось очень хорошее соответствие с экспериментальными данными. Какие серьезные возражения могут быть против такого объяснения? Александр

Ответ: Эта работа - препринт, не прошедший рецензирование. Обсуждение ее имеет смысл проводить только после положительной оценки специалистами, и соответствующей публикации.

Г.С.Бисноватый-Коган

Вопрос: У меня вопрос расположения областей на диаграмме Герцшпрунга-Ресела нейтроных звезд, черных дыр. Судя по эволюционным трекам звезд из которых получаются черные дыры их область расположения в верхнем правом углу диаграммы.А вот где область нейтронных звезд? Антон

Ответ: В классической диаграмме Герцшпрунга-Реcсела по вертикальной оси откладываются светимости звезд в оптическом диапазоне (растут вверх), а по горизонтальной - температуры их поверхностей (убывают вправо) или спектральные классы звезд (слева O, справа M) (см., например, статью из энциклопедии "Физика космоса", 1986, http://astronet.ru/db/msg/1191489).

И нейтронные звезды, и черные дыры образуются из наиболее массивных и сильно проэволюционировавших звезд-гигантов, которые расположены в верхней части диаграммы. А вот цвет этих звезд может быть как голубым, так и красным, т.е. они могут находиться как в верхнем правом, так и в верхнем левом углах диаграммы Герцшпрунга-Ресcела.

Эволюция таких звезд заканчивается взрывом сверхновой, после которого остается компактный остаток - нейтронная звезда или черная дыра. Нейтронная звезда образуется из внутренних частей ядра взорвавшейся звезды и ее температура сразу после рождения очень высока и составляет миллиарды градусов. Поэтому нейтронные звезды расположены на диаграмме далеко слева от всех остальных объектов. Но площадь поверхности нейтронной звезды очень невелика - ее радиус порядка 10-15 км, поэтому ее полная (болометрическая) светимость оказывается не очень большой, причем излучение идет в основном в рентгеновском диапазоне, в оптику попадает только малая его часть. Поэтому "место" нейтронных звезд на диаграмме Герцшпрунга-Рессела далеко внизу и слева. По мере остывания нейтронной звезды, которое происходит сначала под действием ее нейтринного, а затем электромагнитного излучения, ее светимость и температура будут убывать, т.е. остывающие нейтронные звезды, как и белые карлики, смещаются вниз и вправо. Но даже спустя миллионы лет температура поверхности нейтронной звезды будет выше, чем у самых горячих "обычных" звезд.

Ситуация с черными дырами - совершенно другая. Еще совсем недавно считалось, что сами черные дыры ничего не излучают. Однако в 1975 году британским астрофизиком Стивеном Хокингом был открыт эффект испарения черных дыр, согласно которому каждая черная дыра светит как черное тело с температурой зависящей только об ее массы (чем больше масса черной дыры, тем она холоднее). Температура черной дыры солнечной массы фантастически низкая - 5x10^-8 по абсолютной шкале Кельвина. Заметить такое излучение практически невозможно, но формально черные дыры располагаются на диаграмме Герцшпрунга-Рессела очень далеко снизу и справа.

Ситуация и с нейтронными звездами, и с черными дырами может кардинально измениться, если на них падает вещество с соседней звезды (в двойной системе) или из межзвездной среды. Такой процесс называется аккрецией. Светимость аккрецирующих звезд зависит только от количества захватываемого ими вещества. Излучение таких объектов идет в основном в ультрафиолетовом или мягком рентгеновском диапазонах, что соответствует температурам в миллионы градусов, т.е. аккрецирующие нейтронные звезды и черные дыры перемещаются в левую часть диаграммы Герцшпрунга-Рессела.

М.Е.Прохоров

Вопрос: Как правильно переводится с английского термин "blue stragglers"? Есть варианты "голубые страгглеры" и "голубые странники". Антон

Ответ: Вообще, на вопрос "как правильно переводится" в отношении метафоры ответить довольно трудно, ибо что в этом случае есть правильный перевод? Скорее можно говорить об удачном переводе или об устоявшемся переводе. Мне, честно говоря, устоявшимся казался перевод "голубые бродяги". Однако беглый поиск в Гугле показал, что этот перевод лишь чуть-чуть уступает "голубым странникам" (чтобы отсеять нежелательные ассоциации, я добавил в строку поиска слова "шаровое скопление"). Голубых же страгглеров оказалось всего шесть. Есть и другие варианты -- "голубые дезертиры", "голубые отставшие" и даже "голубые приблудные". Более подробно можно почитать здесь: http://heritage.sai.msu.ru/ucheb/Samus/2_6.html.

Д.З. Вибе

Вопрос: Про коричневые карлики.
В одной книге говорится, что температура в них никогда_ не достигает значений, необходимых для протекания реакции H1->He. Однако на странице http://www-int.stsci.edu/~inr/ldwarf3.html сказано, что (как я понимаю) в тяжёлых коричневых карликах некоторое время может происходить реакция сжигания водорода, но из-за потери энергии на излучение, она угасает. Как же всё-таки правильно? Если протон-протонный цикл в этих объектах, пусть и на небольшой промежуток времени, возможен, то какая примерная нижняя граница массы коричневого карлика необходима для этого? Антон

Ответ: Действительно, в самых массивных коричневых карликах непродолжительное время способны протекать реакции горения водорода. Для коричневых карликов с массой менее 0.065 масс Солнца это невозможно, там может сгорать (сравнительно быстро, поскольку его немного) только дейтерий. Объекты же с массой менее 0.013 масс Солнца неспособны поджечь и дейтерий - и остаются планетами.

О.Ю. Малков

Вопрос: Уважаемый Владимир Георгиевич, спасибо вам за этот замечательный FAQ! скажите пожалуйста:
1. Как вы думаете что происходит за горизонтом событий черной дыры? Насколько я знаю, протоны и нейтроны (адроны) не могут там существовать, только "кварковый суп?"? Современные гравитационные теории говорят о наличии 11 измерений включая 3 пространственных и одного временного, а остальные видимо свернуты до оч. малых размеров, возможно ли продавливание гравитацией материи в эти измерения что-то вроде мешка=))?
2. Как по вашему возможно ли сушествование кварковых звезд?
3. Как вы думаете результаты Большого Адронного Коллайдера помогут изучению черных дыр?
Я не профессиональный астроном или физик и задаю вопросы в силу своего понимания. Не судите строго=) Ziphead

Ответ: Ваш первый вопрос на самом деле охватывает несколько очень разных тем. Постараюсь ответить на них.

1. Черные дыры существуют в классической теории гравитации, которую физики по традиции, идущей от Эйнштейна, называют общей теорией относительности. Согласно этой теории, горизонт событий - это некоторая математическая поверхность, которая разделяет две области пространства. Вне горизонта, вдали от черной дыры, тела могут приближаться или удаляться от нее. Внутри горизонта все тела, даже свет, движутся к центу черной дыры. Поэтому наблюдатели снаружи не могут увидеть никаких из событий, происходящих под горизонтом - ни одна частица оттуда до них не доходит. Однако наблюдатель, падающий или летящий к центру черной дыры, сможет увидеть эти события, если пересечет горизонт, правда после этого он уже не сможет вылететь наружу. Причем в момент пересечения горизонта этот наблюдатель не будет видеть никаких особенных событий или изменений в своем состоянии или в поведении окружающих предметов.

То, что будет видеть такой наблюдатель внутри черной дыры, теория описывает очень хорошо. Могу порекомендовать вам книгу, где это подробно и популярно описано: У. Дж. Кауфман "Космические рубежи теории относительности", М.,: Мир, 1981 (некоторые главы из этой книги опубликованы в Интернете: http://astronet.ru/db/msg/1174703).

Протоны и нейтроны внутри черных дыр существовать могут, исключая только самые близкие к их центрам области, где плотность падающего в черную дыру вещества и температура становятся настолько высокими, что адроны распадаются на кварки. Для черных дыр с массой равной массе Солнца радиус горизонта событий ("гравитационный радиус") равен примерно 3 км, а расстояние, на котором начнется распад адронов, не превышает нескольких сантиметров.

Я не очень понял, что вы имели в виду под "продавливанием гравитацией материи в свернутые измерения", насколько я знаю, подобных явлений нет.

2. Кварковыми звездами называют нейтронные звезды, в центрах которых плотность нейтронов становится настолько высокой, что кварки, из которых состоят соседние частицы, "перемешиваются", т.е. на месте нейтронного вещества возникает кварковое.

Свойства нейтронного вещества сегодня исследуются в экспериментах на ядрах тяжелых элементов. Однако теория структуры нейтронных звезд показывает, что плотность в их центрах может в 10-15 раз превышать плотность нуклонов в ядрах атомов. Эксперименты на атомных ядрах поведение нейтронного вещества при таких плотностях уже не описывают, а теоретическое исследование пока не дает однозначного результата - в некоторых моделях в центрах нейтронных звезд остается нейтронное вещество, в других - появляются свободные кварки, а еще есть модели, в которых при высоких плотностях начинают в большом количестве рождаться другие частицы - мезоны.

Таким образом, нашим сегодняшним теоретическим представлениям существование кварковых звезд не противоречит. Другое дело, что свойства таких объектов оказываются достаточно похожими на свойства "обычных" нейтронных звезд, и ни одной системы, в которой доказано существование кварковой звезды, нет.

3. Помогут, причем, по крайней мере, по двум направлениями.

Черные дыры существуют как в классической общей теории относительности, в которой пространство трехмерно, так и в современных теориях гравитации с десятимерным пространством, семь из которых свернуты (компактифицированы) до малых расстояний. Характеристики черных дыр в этих теориях имеют целый ряд различий. Большой Адронный Коллайдер может "почувствовать" наличии свернутых размерностей и даже определить радиусы их свертки, что позволит предсказать новые свойства черных дыр.

Другая возможность, которая предсказывается в некоторых современных моделях элементарных частиц, - рождение микроскопических черных дыр при столкновениях пучков элементарных частиц на Большом Адронном Коллайдере. Такие черные дыры почти мгновенно испарятся, собственно по этому излучению их и предлагается обнаруживать. Сегодня мы знаем около двух десятков черных дыр с массами в несколько солнечных в двойных звездных системах и несколько сотен черных дыр с массами в миллионы и миллиарды масс Солнца в центрах близких галактик. Но все они до сих пор считаются только кандидатами в черные дыры - в каждом из этих объектов остается шанс объяснить наблюдаемые явления без черной дыры. Возможно, первое достоверное открытие черных дыр произойдет на ускорителе, а не на телескопе.

М.Е. Прохоров

Вопрос: В передаче Гордона астрономы рассказывали о звёздах, выстроенных в линию. Вроде бы пока объяснения этому найти не могут. Одна из возможных причин этого явления - деятельность других цивилизаций. Расскажите об этом, пожалуйста. Евгений

Ответ: Уважаемый Евгений, я не помню такого эпизода в передачах Гордона. Буду признателен Вам за точную ссылку. Мне не известны прямолинейные цепочки звезд. С точки зрения звездной динамики, такие конструкции неустойчивы. Трудно предположить, для чего может понадобиться могучей внеземной цивилизации сооружать и поддерживать их. Да и как можно перемещать звезды в пространстве? Вы знаете способ?.

В.Г. Сурдин