Морозов Александр Гавриилович (moralg) wrote,
Морозов Александр Гавриилович
moralg

Category:

Черные дыры. 3. Почему нет черных дыр и нейтронных звезд с массами от 2 до 5 солнечных масс?

      Принято считать, что остатки сверхновых превращаются в нейтронные звезды либо в черные дыры в зависимости от своей массы. Остатки с массой меньше некоей критической становятся нейтронными звездами (НЗ), а с массой больше той же критической - черными дырами (ЧД). Но физика - наука экспериментальная, а эксперимент показывает, что между массами известных НЗ и ЧД, коих наблюдено уже не мало, существует не тончайшая граница, довольно широкая щель - не обнаружено НЗ с массой более 2,17 солнечной и пока не известны ЧД с массой меньше ~ 5 солнечных масс. О чем свидетельствует довольно свежая и весьма наглядная картинка:



      Попытаемся разобраться с природой этой щели. И понять, что случается с остатками сверхновых, если их масса оказывается в интервале 2-5 солнечных масс.


      Относительно НЗ и ЧД бесспорно следующее утверждение - вся масса М черной дыры находится внутри ее гравитационного радиуса (радиуса горизонта событий) Rg = 2GM/c2, а у НЗ часть их массы находится вне сферы соответствующего их массе гравитационного радиуса. Именно поэтому НЗ наблюдаемы, а одиночные ЧД не наблюдаемы (на картинке приведены массы ЧД, входящих в кратные системы объектов и потому определяемые).

      Зададимся поэтому вопросом - при какой массе объекта реальный радиус его поверхности R будет равен его граврадиусу Rg? Радиус R определяется из известной со школы формулы М = 4πρR3/3, где ρ - средняя плотность вещества объекта . Из равенства R = Rg вытекает связь между массой объекта и его средней плотностью:

                                                   М2 = 3c6/32πρG3   или    ρ = 3c6/32πМ2G3

      Из этой связи видно, что средняя плотность ЧД падает с ростом ее массы довольно быстро. В частности, средняя плотность сверхмассивной ЧД массой в 6,5 млрд. солнечных масс, "тень" которой недавно отсняли в центре галактики М87, в несколько раз меньше плотности земного воздуха.

      Но нас интересуют гораздо меньшие массы и, следовательно, максимально возможные плотности вещества. Наибольшая плотность, известная человеку на практике, есть плотность ядерной материи ~ 3*1014 г/см3. При подстановке этого значения в первую из приведенных выше формул получаем М ~ 8 Msun, где Msun - масса Солнца.

      Следовательно, если средняя плотность вещества ЧД не выше плотности ядерной материи, то могут существовать ЧД только с массой М > 8 Msun. Но они наблюдаются вплоть до масс М ~ 5 Msun, при которой средняя плотность вещества почти в 2,5 раза больше плотности ядерной материи. Чисто по человечески это понять можно - не зря же японцы выращивают кубические арбузы, плотность упаковки которых при транспортировке вдвое выше чем у круглых.

      Итак, факт ненаблюдаемости ЧД с массой М < 5 Msun в рамках обычной человеческой логики без фантазий о неких новых формах материи внутри ЧД понять можно.

      Теперь перейдем к нейтронным звездам. Наибольшая масса известной НЗ равна 2,17 Msun. Из приаеденных выше фоормул следует, что если у такой НЗ радиус будет чуть-чуть больше граврадиуса (Rg ~ 6,5 км), то ее средняя плотность будет более чем в 15 раз выше плотности ядерной материи. Это означает, что нутро такой НЗ будет уже не нейтронным, а состоять из некоей другой формы материи. Но этого не случается, ибо типичные радиусы НЗ порядка 10-20 км. И простое применение приведенной выше формулы показывает, что плотность вещества в такой НЗ не превышает плотность ядерной материи уже при R ~ 15 км, что почти в 2,5 раза больше ее граврадиуса.

      Таким образом, Всевышний не допускает существования черных дыр с массой М < 5 Msun и нейтронных звезд с массой М >~ 2,2 Msun просто потому, что ему не хочется вводить в эксплуатацию материю с плотностью существенно выще ядерной (границы по массе дальнейшими наблюдениями могут быть подправлены).

      Но звезды ничего не знают о намерениях Всевышнего. И как им поступать, если массы их остатков после взрывов сверхновых попали в запрещенный Всевышним интервал? Подозреваю, что такие мумии сбрасывают излишек массы в некоем катаклизме и опускаются до статуса разрешенных Всевышним нейтронных звезд.


Tags: Черные дыры
Subscribe

Recent Posts from This Journal

  • Чем могу быть полезен?

    Еще Козьма Прутков говаривал: Специалист подобен флюсу, полнота его одностороння. К середине 1980-х я тоже стал подобен флюсу, что было…

  • Маленькие рассказы о космосе (18).

    За 10 лет в ЖЖ написал немало постов по космической тематике. Расфасовав их метками по разным подтемам. Но будучи сделанными в разное время по…

  • Уроки физики...

    На 77-м году жизни оказался вновь востребованным. В качестве профессора на 0,5 ставки на той кафедре, которую сам же и создавал в 1988-м в ВолГУ.…

promo moralg march 5, 2018 03:01 44
Buy for 30 tokens
Многие из нас вздрагивают, когда дорогу нам перебегает черная кошка. Но неприятных последствий обычно не возникает и мы быстро забываем о ней. Но два дня назад на северо-восток США обрушилась очередная буря и совершила совсем не очередное действо - сломала дерево, которое 227 лет назад посадил…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 16 comments