Черные дыры. Их образование и эволюция

ФИЛИАЛ  РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАРОДНОХО ХОЗЯЙСТВА  И ГОСУДАРСТВЕННОЙ СЛУЖБЫ ПРИ  ПРЕЗИДЕНТЕ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ В  Г. ЧЕБОКСАРЫ ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКИ 

КАФЕДРА ГУМАНИТАРНЫХ И ЕСТЕСТВЕННОНАУЧНЫХ ДИСЦИПЛИН 

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

на тему:

Черные  дыры. Их образование  и эволюция. 
 
 
 

                                                                                   Специальность: государственное и

                                                                        муниципальное управление

                                                                                Выполнила студентка 2 курса гр.10-Г-12

                                                                                   Юманова Виктория Владимировна

                                                                                      Проверил профессор Чучкалов И.А.

                                                                                                   Работа сдана Юмановой В.В. 01.01.01 г,

                                                                                                   Проверена Чучкаловым И.А. 01.01.01 г. 
 
 
 
 
 
 

Чебоксары 2011

План:

Введение………………………………………………………………………………………...3

1. Черные дыры во Вселенной………………………………………………………………....4

2.  Образование  черных дыр…………………………………………………………………....5

3. Эволюция черных  дыр……………………………………………………………………….6

4. Разновидности  черных дыр………………………………………………………………….8

Заключение …………………………………………………………………………………….11

Список литературы …………………………………………………………………………....12 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                                             Введение 
Черные дыры – актуальная в наше время тема для обсуждений. Черные дыры – объекты совершенно фантастические по своим свойствам. “Из всех измышлений человеческого ума, от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое — это образ черный дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным гравитационным полем, что даже свет задерживается его мертвой хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более уместной в фантастических романах или в мифах древности, чем в реальной Вселенной. И тем не менее законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно, только наша Галактика содержит миллионы их” — так сказал о черных дырах американский физик К. Торн. 
 
К этому следует добавить, что внутри черной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты. Внутри черной дыры, за краем этой своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы. 
Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной. Мы, вероятно, наблюдаем их в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик. Они возникают также после смерти больших звезд. Возможно, черные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.

Цель  моего реферата: рассказать о том, что мы знаем про черные дыры, про их возникновение и влияние на нашу Вселенную.

Задачи: 1.Выяснить что же такое черная дыра

              2. Узнать как она образовывается и откуда, какие есть разновидности.

              3. Рассказать про ее эволюцию. 
 
 
 

1. Черные дыры во Вселенной 

Черная  дыра - космический объект, который  образуется при неограниченном гравитационном сжатии (гравитационном коллапсе) массивных  космических тел. Существование  этих объектов предсказывает общая  теория относительности. Сам термин "черная дыра" введен в науку  американским физиком Джоном Уилером в 1968 г. для обозначения сколлапсировавшей звезды. 

Черная  дыра - область в пространстве, возникшая в результате полного гравитационного коллапса вещества, в которой гравитационное притяжение так велико, что ни вещество, ни свет, ни другие носители информации не могут ее покинуть. Поэтому внутренняя часть черной дыры причинно не связана с остальной Вселенной; происходящие внутри черной дыры физические процессы не могут влиять на процессы вне ее. Черная дыра окружена поверхностью со свойством однонаправленной мембраны: вещество и излучение свободно падает сквозь нее в черную дыру, но оттуда ничто не может выйти. Эту поверхность называют «горизонтом событий». Поскольку до сих пор имеются лишь косвенные указания на существование черных дыр на расстояниях в тысячи световых лет от Земли, наше дальнейшее изложение основывается главным образом на теоретических результатах.

Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик. Данные показывают, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный процент  массы звезд и газа центральной  области галактики. Это означает, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не многим более нескольких миллионов  солнечных масс. Черные дыры в центрах  гигантских галактик, включают в себя миллиарды солнечных масс. Все  дело в том, что окончательная  масса черной дыры формируется в  процессе формирования галактики. В  некоторых случаях черные дыры увеличиваются  не только за счет поглощения газа отдельной  галактики, но и путем слияния  галактик, в результате чего их черные дыры объединяются. 
 
 

2. Образование черных  дыр.

Черные дыры образуются в результате коллапса гигантских нейтронных звезд массой более 3 масс Солнца. При сжатии их гравитационное поле уплотняется все сильнее  и сильнее. Наконец звезда сжимается  до такой степени, что свет уже  не может преодолеть ее притяжения. Радиус, до которого должна сжаться  звезда, чтобы превратиться в черную дыру, называется гравитационным радиусом. Для массивных звезд он составляет несколько десятков километров.  
    Поскольку черные дыры не светят, то единственный путь судить о них - это наблюдать воздействие их гравитационного поля на другие тела.  
    Имеются косвенные доказательства существования черных дыр более чем в 10 тесных двойных рентгеновских звездах. В пользу этого говорят, во-первых, отсутствие известных проявлений твердой поверхности, характерных для рентгеновского пульсара или рентгеновского барстера, и, во-вторых, большая масса невидимого компонента двойной системы (больше 3 масс Солнца). Один из наиболее вероятных кандидатов в черные дыры - это ярчайший источник рентгеновских лучей в созвездии Лебедя - Лебедь Х-1.

 По современным представлениям, есть четыре сценария образования чёрной дыры:

1. Гравитационный коллапс (катастрофическое сжатие) достаточно массивной звезды (более чем 3,6 масс Солнца) на конечном этапе её эволюции.

2. Коллапс центральной части галактики или пра-галактического газа. Современные представления помещают огромную чёрную дыру в центр многих, если не всех, спиральных и эллиптических галактик. Например в центре нашей             3. 3.  3.Галактики находится чёрная дыра Стрелец A* массой  , вокруг которой вращается меньшая чёрная дыра.

4.Формирование чёрных дыр в момент Большого Взрыва в результате флуктуаций гравитационного поля и/или материи. Такие чёрные дыры называются первичными. 
 
 
 

3.Эволюция черных дыр

Ученые  имеют веские доказательства существования  двух различных классов черных дыр: первые - это черные дыры со звездными  массами примерно в 10 раз больше Солнца, вторые - сверхмассивные черные дыры, которые располагаются в  центре галактик и имеют массу  от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Но продолжает оставаться загадкой, как образуются и существуют черные дыры средней массы? Речь идет о так  называемых черных дырах с промежуточными массами в диапазоне между 100 и 10 000 масс Солнца.

  Доказательства  происхождения этих объектов  остается спорным.  До сих пор  не было обнаружено более чем  одной такой черной дыры в  одной галактике. Но группа  исследователей нашла в результате  изучения рентгеновских данных  две средние по массе черные  дыры в галактике M82, которая  находится на расстоянии около  12 миллионов световых лет от  Земли. 

По особенностям излучения, испускаемого черными дырами в M82, исследователи заключили, что масса одной из черных дыр колеблется в пределах от 12 до 43 тысяч солнечных масс, а масса второй - от 200 до 800 масс Солнца. Первый объект находится на расстоянии 290 световых лет от центра галактики M82. Второй объект, расположен на расстоянии 600 световых лет в проекции от центра галактики.

"Впервые  были обнаружены  две средние  по массе черные дыры в одной  галактике, - поделился один из  исследователей Хуа Фэн из Университета Цинхуа, Китай. - Их расположение вблизи центра галактики может содержать сведения о происхождении крупнейших черных дыр во Вселенной, таких как сверхмассивные черные дыры, которые найдены в центрах большинства галактик".

  Одним  из возможных механизмов для  формирования сверхмассивных черных  дыр является цепная реакция  столкновения звезд и компактных  звездных скоплений, что приводит  к накоплению очень массивных  объектов, которые затем формируются  в черные дыры промежуточной  массы. Далее промежуточные черные  дыры притягиваются к центру  галактики и сливаются со сверхмассивной  черной дырой в центре галактики. 

  "Мы  не можем сказать точно, является  ли подобный процесс формирования  черных дыр в M82 подтверждением  этой теории, но мы точно знаем,  что обе эти средние черные  дыры расположены вблизи звездных скоплений, - сказал Фил Карет из Университета штата Айова, один из авторов статьи. - Кроме того, M82 является ближайшей к нам галактикой, где условия аналогичны тем, которые были в ранней Вселенной, с наличием большого количества звезд".

  До  сих пор астрономы точно не  знали, могут ли присутствовать  в одной галактике сразу две  черные дыры средней массы.  Возможно, открытие прольет свет  на процессы образования и  эволюции сверхмассивных черных  дыр в галактиках. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Разновидности черных  дыр.

1.Чёрные дыры звёздных масс. Чёрные дыры звёздных масс образуются как конечный этап жизни звезды, после полного выгорания термоядерного топлива и прекращения реакции звезда теоретически должна начать остывать, что приведёт к уменьшению внутреннего давления и сжатию звезды под действием гравитации. Сжатие может остановиться на определённом этапе, а может перейти в стремительный гравитационный коллапс. В зависимости от массы звезды и вращательного момента возможны следующие конечные состояния:

• Погасшая очень плотная звезда, состоящая в основном, в зависимости от массы, изгелия, углерода, кислорода, неона, магния, кремния или железа (основные элементы перечислены в порядке возрастания массы остатка звезды). Такие остатки называют белыми карликами, масса их ограничивается сверху пределом Чандрасекара.
• Нейтронная звезда, масса которой ограничена пределом Оппенгеймера — Волкова.
• Чёрная дыра.