Кара небесная. Космическое миропонимание

Если конечная масса звезды слишком велика, то звезда становится черной дырой. Гравитационное поле столь массивной звезды так сильно сдавливает ее вещество, что звезда не может остановиться на стадии нейтронной звезды и продолжает сжиматься вплоть до гравитационного радиуса. Предполагают, что количество черных дыр в нашей Галактике около десяти миллионов.

Особый научный интерес представляет сверхновая звезда или вспышка сверхновой – феномен, в ходе которого звезда резко меняет свою яркость на 4—8 порядков (на десяток звёздных величин) с последующим сравнительно медленным затуханием вспышки. Этот феномен является результатом катаклизма, возникающего при взрыве поверхности звёзд и сопровождающегося выделением огромной энергии. Как правило, сверхновые звезды наблюдаются, когда событие уже произошло и его излучение достигло Земли. Поэтому природа сверхновых долго была неясна. Но сейчас предлагается довольно много сценариев, приводящих к подобного рода вспышкам.

Взрыв сопровождается выбросом значительной массы вещества из внешней оболочки звезды в межзвёздное пространство, а из оставшейся части вещества ядра взорвавшейся звезды, как правило, образуется компактный объект – нейтронная звезда, если масса звезды до взрыва составляла более 8 солнечных масс (M☉), либо черная дыра при массе звезды свыше 20 M☉ (масса оставшегося после взрыва ядра – свыше 5 M☉). При массах звёзд менее 5 M☉ происходит критическое накопление нового вещества, вызывающего взрыв поверхности и их обновление. Тогда они образуют остаток сверхновой. Выбрасываемое в ходе вспышки вещество в значительной части содержит продукты термоядерного синтеза. Именно благодаря сверхновым Вселенная в целом и каждая галактика в частности, химически эволюционирует. Разновидности остатка следующие:

1. Возможный компактный остаток; обычно это пульсар, но возможно и чёрная дыра.

2. Внешняя ударная волна, распространяющаяся в межзвёздном веществе.

3. Возвратная волна, распространяющаяся в веществе выброса сверхновой.

4. Вторичная, распространяющаяся в сгустках межзвёздной среды и в плотных выбросах сверхновой.

Вместе они образуют следующую картину: за фронтом внешней ударной волны газ нагрет до температур TS ≥ 10⁷ К и излучает в рентгеновском диапазоне с энергией фотонов в 0,1—20 кэВ, аналогично газ за фронтом возвратной волны образует вторую область рентгеновского излучения. Линии высоко ионизированных Fe, Si, S и т. п. указывают на тепловую природу излучения из обоих слоев. Оптическое излучение молодого остатка создает газ в сгустках за фронтом вторичной волны. Так как в них скорость распространении выше, а значит газ остывает быстрее и излучение переходит из рентгеновского диапазона в оптический. Ударное происхождение оптического излучения подтверждает относительная интенсивность линий.

Обычно взрыв сверхновой сопровождается вихревыми выбросами в виде волокон. Волокна сами по себе свидетельствуют, что происхождение сгустков вещества может быть двояким. Так называемые быстрые волокна разлетаются со скоростью 5000—9000 км/с и излучают только в линиях O, S, Si – то есть это сгустки, сформированные в момент взрыва сверхновой. Стационарные конденсации же имеют скорость 100—400 км/с, и в них наблюдается нормальная концентрация H, N, O. Вместе это свидетельствуют, что это вещество было выброшено задолго до вспышки сверхновой и позже было нагрето внешней ударной волной. Вот некоторые примеры.

Движение космических тел [45] под действием центральной силы, обратно пропорциональной квадрату расстояния от центра силы F и равно:

F = -а/r ²; (2)

Потенциальная энергия системы Wп равна

Wп = – а/r;

(3)

где а – постоянная величина.

r – расстояние от центра периферийного объекта, φ– – его угловая скорость движения.

Как известно, гармоническим осциллятором называется система, способная совершать гармонические колебания. В физике модель гармонического осциллятора играет важную роль, особенно при исследовании малых колебаний систем около положения устойчивого равновесия. Примером таких колебаний в квантовой механике являются колебания атомов в твердых телах, молекулах и т.д. Рассмотрим одномерный гармонический осциллятор в космическом масштабе, совершающий колебания вдоль оси ординат под действием возвращающей квазиупругой силы. Потенциальная энергия такого осциллятора имеет вид

где w₀– собственная частота классического гармонического осциллятора. Таким образом, квантово-механическая задача о гармоническом осцилляторе сводится к задаче о движении космического тела в параболической потенциальной яме.

Каждая упругая волна в космическом пространстве является гармоническим линейным осциллятором (Рис 74), который описывается выражениями:

Q = Asin (ωt + φ), p = mωA cos (ωt + φ),

где A – амплитуда, φ – начальная фаза колебаний, γ – частота колебаний,

ω = 2πү = √a/m

где а – коэффициент упругости волны.

Исключая время, находим фазовую траекторию:

Фазовой траекторией является эллипс с полуосями А и mωA. Фазовым пространством является плоскость (p, q) (Рис. 76).