Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Г. «Первичные черные дыры». Начальные возмущения в распределении плотности расширяющейся вселенной могут привести к коллапсу, в резуль-
§ 33.2. Гравитационное и электромагнитное поля черной дыры 93
I
тате которого образуются «первичные черные дыры». Впоследствии эти черные дыры растут за счет аккреции излучения и вещества. К настоящему времени все такие дыры выросли бы до огромных объектов {М ~ IO17 М0 [121]), но некоторые из них могли бы избежать этого роста и остаться весьма малыми, порядка 10"“ г [122] *).
II. Сколько черных дыр в нашей Галактике в настоящее время?
Прекрасный обзор на эту тему, а также о перспективах обнаружения черных дыр в ближайшем будущем сделал Пиблс [123]. Он утверждает, что «значительная часть вещества в диске нашей Галактики перешла (давным-давно) в такие звезды, которые способны коллапсировать до черных дыр... . Это указывает на то, что диск Галактики может содержать порядка IO9 черных дыр».
III. «Живые» и «мертвые» черные дыры
А. Шварцшильдовская черная дыра «мертва» в том смысле, что из нее невозможно извлечь хоть какую-то часть ее массы-энергии. Один из аспектов этой «безжизненности»— тот факт, что шварцшильдовская черная дыра устойчива относительно малых возмущений, — является существенным
1) для отождествления черной дыры с предельным «основным состоянием» большой массы и 2) для утверждения, что общая теория относительности предсказывает возможность существования черных дыр. (Доказательство устойчивости см. в работе [124]. Проблема устойчивости была сформулирована Редже и Уилером [125], они же развили большинство необходимых методов; существенный вклад принадлежит также Зерилли [126].) Так, слабый импульс гравитационного (или какого-нибудь иного) излучения, падающего на шварцшильдовскую черную дыру, не вызовет превращения черной дыры в какой-то отличный от нее объект или переход в какое-то иное состояние.
Б. Черная дыра Керра — Ньюмана с вращением или с зарядом, или же и с тем и с другим, не является мертвой. Ту часть массы-энергии, которая является вкладом в полную массу-энергию вращения и электромагнитного поля, можно извлечь. (Cm. § 33.7 и 33.8, где изложены математические детали.) Таким образом, такие черные дыры являются «живыми»; они могут выбрасывать энергию в окружающее их пространство. С помощью подходящим образом устроенной внешней аппаратуры можно привести в действие взрывной механизм с экспоненциально нарастающим выделением энергии [127]. Ho если возмущения накладываются на изолированную черную дыру, то выделение энергии всегда «сдерживается» и затухает, т. е. чзрная дыра Керра является стабильной в любом классическом контексте [128].
х) Об аккреции материи первичными черными дырами см. работу Карра и Хоукинга [499]. Открытие Хоукингом в 1974 г. процесса квантового «испарения» черных дыр показывает, что все первичные черные дыры с массоїі меньше —IO36 г должны к настоящему времени полностью исчезнуть. Cm. об этом примечание редакторов на стр. 153. О возможности детектирования излучения от «испарения» первичных черных дыр см. работу Пейджа и Хоукинга (500].— Прим. ред.
94 33. Черные дыры
В. Большинство объектов (массивные звезды, ядра галактик, ...), которые могут коллапсировать с образованием черных дыр, обладают таким большим моментом импульса, что получающиеся из них дыры должны быть «очень живыми» (а почти равно М, S почти равно M2) [129].
Г. Что касается заряда, то, наоборот, весьма вероятно (хотя далеко не достоверно), что ни одна черная дыра во Вселенной не имеет существенного электрического заряда, т. е. что у всех черных дыр (?<С М. Черная дыра с Q ~ M (скажем, Q > 0 для определенности) действовала бы на электроны с электростатической силой притяжения, а на протоны — с силой отталкивания, которая превосходила бы гравитационное притяжение дыры в
электростатическая сила еп е
--------------------------= -^r ~ — ~ IO20 раз.
гравитационная сила и-™ М'
Здесь е — заряд, a — масса электрона (или протона). Скорее всего столь огромные силы электростатического притяжения и отталкивания затянут из внешней области в дыру столько заряда, что его окажется достаточно для нейтрализации заряда дыры.
Д. Из «процесса униполярной индукции» для нейтронных звезд [130] известно, что в некоторых случаях нейтрализации заряда можно избежать. Возможны или нет какие-нибудь процессы, препятствующие нейтрализации заряда в черных дырах, — этого к 1972 г. никто не знает.
Взаимодействие черной дыры с окружающей средой
A. Гравитационное притяжение. Черпая дыра оказывает гравитационное притяжение на окружающее ее вещество и звезды. На больших расстояниях г» M это притяжение неотличимо от притяжения обычной звезды той же массы.
Б. Аккреция и испускание рентгеновских и у-лучей. Окружающий черную дыру газ затягивается внутрь и нагревается за счет адиабатического сжатия, ударных волн, вязкости и т. д. Прежде чем газ достигнет горизонта, он может становиться таким горячим, что будет излучать большой поток рентгеновского и, может быть, даже 7-излучения. Таким образом, аккре-цируемое вещество превращает черную дыру в ярко светящееся «белое» тело (обзор литературы см. в работе [131]). Аккреция вещества из невра-щающегося газового облака стремится уменьшить момент импульса черной дыры (преимущественная аккреция частиц с «отрицательным» моментом импульса [132, 133]). Ho газ, окружающий дыру, вероятнее всего, вращается в том же направлении, что и сама черная дыра, и тем самым поддерживает S ~ M2 (точнее S ж 0,998 M2 [134]).
