Реферат по астрономии на тему Чёрные дыры их история виды и свойства

Введение
Черная дыра представляет собой область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько велико, что ни излучение, ни материя не способны покинуть данную область. Для тел, которые находятся там, вторая космическая скорость должна была бы превышать скорость света, что по своей сути невозможно, так как ни излучение, ни материя не способны двигаться быстрее скорости света. В соответствии с этим, ничто не способны вылететь из черной дыры. Граница области, за пределы которой не выходит свет, имеет название горизонта событий или горизонта черной дыры.
Сущность гипотезы образования черных дыр состоит в следующем положении: если некая масса материи оказывается в критическом относительно небольшом для нее объеме, то под прямым действием сил собственной гравитации подобная материя начинается бесконтрольным образом сокращаться. Происходит своеобразная гравитационная катастрофа - гравитационный коллапс. В итоге сжатия концентрация вещества значительно увеличивается, и наступает момент, когда на его поверхности сила тяжести становится настолько большой, что для ее преодоления необходимым является развитие скорости, превышающей скорость света. Подобные скорости практически недостижимы, и ни частицы материи, ни лучи света, не способны вырваться из пространства черной дыры. Излучение черной дыры становится заблокированным гравитацией. Черные дыры способны поглощать только радиацию.
Для того чтобы гравитационное поле было способно заблокировать излучение, создающее данное поле, масса (M) должна быть сжата до объема с радиусом, который будет меньше, чем гравитационный радиус r g = 2GM / c 2. По данной причине образовать и изучить черную дыру в лабораторных условиях практически невозможно: чтобы тело любой массы стало черной дырой, оно должно быть сжато до размера, меньшего, чем размер нейтрона или протона, именно поэтому свойства черных дыр в настоящее время изучаются пока только теоретически.
История черных дыр
Чёрная дыра представляет собой область пространства, в которой гравитационное притяжение настолько сильно, что ни излучение, ни вещество, не могут покинуть данную область. Вторая космическая скорость (скорость убегания) для находящихся там тел должна была бы превышать скорость света, что по своей сути невозможно, так как ни излучение, ни вещество не способны двигаться быстрее света. Именно поэтому из черной дыры ничто не может вылететь. Граница области, за пределы которой не выходит свет, называется «горизонтом событий», или «горизонтом» черной дыры.
Чтобы поле тяготения было способно «запереть» излучение, формирующая данное поле, масса должна сжаться до объема с радиусом, который будет меньше «гравитационного радиуса» rg = 2GM/c2. Значение гравитационного радиуса очень мало в сравнении с привычным размером физических тел. В качестве примера, для Солнца с массой порядка 2*1030 кг и радиусом 700 тыс. км значение rg» 3 км. А для Земли (M = 6*1024 кг) значение rg» 1 см. По данной причине воссоздать и исследовать черную дыру в условиях лаборатории практически не представляется возможным: чтобы тело любой разумной массы выступило черной дырой, его необходимо сжать до размера, меньшего, чем размер нейтрона или протона, в соответствии с этим свойства черных дыр в настоящее время изучаются лишь теоретически.
Концепция массивного тела, гравитационное притяжение которого является настолько большим, что скорость, которая необходима для преодоления данного притяжения (вторая космическая скорость), превышает или равна скорости света, впервые была высказана Джоном Мичеллом в 1784 году в письме, адресованном Королевскому обществу. Письмо содержало в себе расчёт, из которого следовало, что для тела с плотностью Солнца и с радиусом в 500 солнечных радиусов на его поверхности вторая космическая скорость будет равна скорости света. В соответствии с этим, свет не сможет покинуть данное тело, и оно будет невидимым. Мичелл также предположил, что в космосе вполне может существовать большое количество подобных недоступных наблюдению объектов. Лаплас в 1796 году включил обсуждение данной идеи в свой труд «Exposition du Systeme du Monde», стоит отметить что в дальнейших изданиях и переизданиях данный раздел был опущен [3].
Ученые во второй раз с черными дырами «столкнулись» в 1916, когда Карл Шварцшильд немецкий астроном смог получить первое достаточно точное решение уравнений только что созданной в то время Альбертом Эйнштейном релятивистской теории гравитации или общей теории относительности. Отмечалось, что пространство вокруг массивной точки обладает отличительной особенностью на расстоянии rg от нее; поэтому величину rg зачастую называют «шварцшильдовским радиусом», а соответствующую ей поверхность (или горизонт событий) – шварцшильдовской поверхностью. В последующий период времени усилиями теоретиков были определены и описаны многие очень удивительные особенности решения Шварцшильда, но как вполне реальный объект исследования черные дыры еще не рассматривали.
Индийским астрофизиком Чандрасекаром в 1930-е годы было доказано, что звезда истратившая ядерное топливо сбрасывает оболочку и преобразуется в остывающий медленно белый карлик только в том случае, если ее масса представляет собой меньше 1,4 масс Солнца. Вскоре Фриц Цвикки определил, что в процессе взрывов сверхновых образуются очень плотные тела из нейтронной материи; далее к такому же выводу смог прийти и Лев Ландау. После трудов Чандрасекара было вполне очевидно, что такую эволюцию способны претерпеть лишь звезды с массой больше 1,4 масс Солнца. Именно поэтому возник вполне закономерный вопрос — существует ли верхний предел массы для сверхновых, оставляющих после себя нейтронные звезды? [8]