Диалоги (март 2003 г.)

И эволюция звёзд происходит таким образом, что звёзды с массой меньше полутора масс Солнца… Я имею в виду не всю звезду, а центральную часть звезды, которая проэволюционировала, которая уже имеет химическую неоднородность, потому что внешняя оболочка звезды (до 50 процентов массы) может быть потеряна под давлением излучения в виде звёздного ветра. В двойной система из-за приливных эффектов оболочка может быть потеряна. А вот ядро звезды, которая проэволюционировала, которая имеет анамальный химсостав уже, образует нам остаток от звезды, и если масса этого ядра меньше, чем одна и четыре десятых массы Солнца, то образуется белый карлик. Белый карлик – это звезда радиусом порядка радиуса Земли в 10 тысяч километров, с массой порядка массы Солнца и плотностью порядка тонна в кубическом сантиметре, то есть напёрсток вещества белого карлика весит тонну. Таких белых карликов очень много, примерно десять миллиардов штук в нашей галактике, которая сто миллиардов звёзд содержит вот десять миллиардов из них белые карлики. Если же масса ядра звезды в конце эволюции больше, чем одна и четыре десятых массы Солнца, но меньше трех массы Солнца, то уже в результате сжатия этого ядра образуется нейтронная звезда. Нейтронная звезда это такой объект, который удерживается от сжатия давлением так называемого вырожденного нейтронного вещества. Нейтроны обладают полуцелым спином, и согласно принципу Паули, в одном энергетическом состоянии может находиться один нейтрон. Из-за этого статистика распределения нейтронов по энергиям описывается уже уравнением Ферми-Дирака. Это вырожденное вещество, давление зависит только от плотности, не зависит от температуры, и нейтронная звезда удерживается от сжатия давлением вырожденного нейтронного вещества.

Д.Г. Такие огромные объекты, как белые карлики и чёрные дыры, на самом деле являются квантовыми по своим свойствам. Это огромные такие квантовые макроскопические объекты.

А.Ч. Белых карликов десять миллиардов в нашей галактике, и все они, по сути, квантовый эффект, то есть это доказательство квантовой механики. Нейтронных звёзд примерно десять миллионов в нашей галактике, ну, сто миллионов будем считать, десять в восьмой, и тоже каждая из нейтронных звёзд – это есть торжество квантовой механики. И вот если масса центрального ядра звезды больше, чем три массы Солнца, то гравитационное поле будет таким сильным, как в примере с прессом для Земли, что гравитационное поле может сжать вещество звезды до таких плотностей, до таких маленьких размеров, что образуется чёрная дыра. Чёрные дыры должны иметь массу больше трех масс Солнца, если они происходят естественным образом в результате окончания эволюции звезды. Но нижний предел массы чёрной дыры может достигать даже примерно одной и восемь десятых массы Солнца; это зависит от так называемого уравнения состояния вещества нейтронной звезды, то есть связи между давлением и плотностью. Но максимальная масса нейтронной звезды, соответствующая предельно жёсткому уравнению состояния, это три массы Солнца.

Поэтому задача наблюдателей очень простая: надо найти объекты, масса которых больше трех масс Солнца и радиусы которых равны гравитационному радиусу. Для чёрной дыры с массой десять масс Солнца, а это типичная масса звёздной чёрной дыры, гравитационный радиус это 30 километров. Если массу мы можем измерить по движению второй звезды в двойной системе или по движению газовых облаков и звёзд вблизи сверхмассивной чёрной дыры в ядре галактике, то измерить радиус в 30 километров, измерить на расстоянии, скажем, тысячи световых лет практически очень трудно, но тем не менее сейчас астрономы даже такие задачи собираются решать. Например, можно будет измерить радиус ядер чёрных дыр в ядрах галактик с помощью космических интерферометров.

Итак, задача – померить массу объекта, показать, что его размер близок к гравитационному или, ещё лучше, равен гравитационному, и, наконец, надо показать, что у объекта нет наблюдаемой твёрдой поверхности, а имеется вот этот горизонт событий. Горизонт событий – это не какая-то поверхность. Горизонт событий может быть устранён выбором системы отсчёта. Если мы сядем на космический корабль и будет свободно падать, то мы попадём в сингулярность и не почувствуем никакого горизонта событий. То есть это такая поверхность, которая зависит от системы отсчёта, с которой мы на неё смотрим, это не твёрдая поверхность вот это надо тоже доказать. Ну, и, кроме того, чёрные дыры, которые сформировались в наше время, не стопроцентные чёрные дыры. Сжатие вещества согласно общей теории относительности – коллапс происходит бесконечно долго для внешнего наблюдателя и из-за замедления хода времени. Но уже в первые миллисекунды времени звезда приближается очень близко к своему гравитационному радиусу, а дальше она приближается экспоненциально к своему гравитационному радиусу, и ей нужно прождать всё бесконечно большое время нашей Вселенной, чтобы она окончательно сформировала свой горизонт событий.