Stembie

Северное сияние на фоне уникального природного образования "Глаз дракона" около с. Териберка, Мурманская область.

Автор фото

Вспышки света вблизи вращающейся черной дыры. Расширяющиеся сферические слои света от лампы-вспышки, которую включают около вращающейся черной дыры, сразу затягиваются внутрь дыры и увлекаются в направлении ее вращения. Под влиянием этих двух эффектов предел статичности оказывается выше горизонта событий.

Ученые Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли выяснили, каким образом из вращающейся черной дыры можно извлечь энергию для разгона частиц до околосветовых скоростей. Результаты моделирования показали, что черная дыра производит с помощью процесса Пенроуза «отрицательную энергию», способствующую ускорению тела, находящегося у горизонта событий. Об этом сообщает издание Science Alert.

Известно, что черные дыры, которые имеют аккреционный диск, порождают струи (джеты) релятивистской плазмы, вырывающиеся из полюсов. Поскольку черная дыра обладает мощным притяжением, ученые разработали несколько гипотез, откуда берется энергия, позволяющая струям покинуть гравитационное поле. Считается, что вращающаяся черная дыра имеет особую область пространства времени — эргосферу, которая располагается между горизонтом событий и пределом статичности, то есть границей, ниже которой тело уже не может находиться в состоянии покоя и перемещается в сторону вращения черной дыры.

В эргосфере происходят процессы, позволяющие телу извлечь энергию вращения черной дыры, чтобы придать себе достаточное ускорение. Согласно процессу Пенроуза, тело может разделиться на две части, одна из которых должна упасть за горизонт событий. Если два фрагмента имеют определенные скорости, особое положение относительно друг друга и летят по правильным траекториям, то падение одного фрагмента передает энергию другой части, большую, чем та энергия, которой тело обладало изначально. Для стороннего наблюдателя это выглядит так, словно тело разделилось на часть с положительной энергией и часть с «отрицательной энергией», которая при падении за горизонт уменьшает момент импульса черной дыры. В результате первый фрагмент вылетает из эргосферы, «забирая» энергию вращения черной дыры.

Другой механизм, называемый процессом Блэнфорда-Знаека, обеспечивается магнитным полем, который создает аккреционный диск. Он также требует наличия эргосферы, где возникает электрическое поле и разность потенциалов между экватором и полюсами черной дыры. Иными словами, черная дыра чем-то напоминает униполярный генератор, однако для этого процесса требуется наличие каскадов электрон-позитронных пар.

Результаты моделирования показали, что в эргосфере черной дыры осуществляется оба этих процесса. Ученые провели симуляцию поведения плазмы, в которой столкновения частиц не играют особой роли, в присутствии сильного гравитационного поля, порождаемой черной дырой. В результате в системе начали рождаться электроны и позитроны, которые способствовали генерации энергии в электромагнитном поле, выпускающейся в виде джетов. Между тем некоторые частицы, по-видимому, замедляли вращение черной дыры, падая за горизонт событий, то есть обладали «отрицательной энергией», согласно процессу Пенроуза. Однако доля энергии, извлекаемой таким образом, была очень незначительна.

Источник

Вселенная будущего, наполненная небольшими и крайне необычными для сегодняшнего дня объектами, не будет похожа на привычную нам.

Ранняя Вселенная была заполнена странными и таинственными объектами. Вскоре после Большого взрыва огромные облака вещества, возможно, сразу схлопывались в черные дыры, миновав стадию звездного коллапса. Псевдогалактики осветили море нейтрального водорода, чтобы сделать космос прозрачным, испуская фотоны там, где раньше не было ничего, кроме тьмы. И недолговечные звезды, состоящие только из водорода и гелия, вспыхивали и исчезали, как искры в ночи.

Спустя 13 с лишним миллиардов лет материя Вселенной превратилась во многие типы звезд разного размера, яркости и продолжительности жизни. Но звезды современного космоса – не единственные типы светил, которые когда-либо будут существовать. В далеком будущем, через много миллиардов или даже триллионов лет, последние известные стадии нынешних звезд превратятся в совершенно новые небесные объекты, некоторые из которых могут даже служить предвестниками тепловой смерти Вселенной.

Рассмотрим четыре звезды, которые могут возникнуть, если Вселенная просуществует достаточно долго.

Синий карлик

Красные карлики считаются наиболее распространенным типом звезд во Вселенной. Они малы по массе (от 80 масс Юпитера) и температуре по сравнению с другими светилами. Астрономы полагают, что красные карлики могут существовать триллионы лет, медленно превращая водород в гелий, это означает, что некоторые из них практически ровесники Вселенной. Звезда с массой 10 процентов от солнечной может жить до шести триллионов лет, в то время как самые маленькие звезды, такие как TRAPPIST-1, вдвое дольше. Вселенной всего около 13,8 миллиарда лет, поэтому красные карлики не прошли даже одного процента своего жизненного пути.

Солнцу, напротив, осталось всего около пяти миллиардов лет, прежде чем оно сожжет все свое водородное топливо и начнет превращать гелий в углерод. Это изменение вызовет следующую фазу его эволюции. Наша звезда сначала расширится до красного гиганта, достигнув орбиты Венеры, а затем охладится и, сбросив внешние слои, оставит после себя белого карлика – богатого электронами звездного трупа, подобных которому мы видим по всей Галактике.

Изображение Солнца, полученное с помощью устройства Extreme Ultraviolet Imager на борту STEREO-A, которое собирает изображения в нескольких длинах волн света, невидимых для человеческого глаза. Credit: NASA/STEREO

Через триллионы лет красные карлики также уничтожат свои последние запасы водорода. Холодные маленькие звезды на какое-то время станут необычайно горячими, излучая синий цвет. По прогнозам, вместо того, чтобы расширяться наружу, подобно Солнцу, красный карлик поздней стадии коллапсирует. В конце концов, как только фаза синего карлика закончится, останется лишь крупица звезды в виде маленького белого карлика.

Черный карлик

Но даже белые карлики не будут жить вечно. Они медленно истощат запасы углерода и кислорода, превратившись в черных карликов, которые почти не производят собственный свет. В конце жизни черного карлика бывшая звезда испытает распад протонов и в конечном итоге испарится в экзотическую форму водорода. Так будет выглядеть настоящая смерть звезды.

Художественное представление темного коричневого карлика, который напоминает черных карликов будущего. Credit: NASA/JPL-Caltech

По оценкам NASA, Солнце будет оставаться белым карликом около 10 миллиардов лет. Однако другие оценки предполагают, что звезды могут находиться в этой фазе в течение квадриллиона лет. В любом случае, время, необходимое для достижения этой стадии с момента рождения звезды, превышает текущий возраст Вселенной, поэтому пока не существует ни одного черного карлика.

Замерзшая звезда

Когда-нибудь, когда во Вселенной будет исчерпан материал для возобновления звездных циклов, могут появиться так называемые «замерзшие звезды», которые горят с температурой образования водяного льда (около 0 градусов Цельсия), будучи наполненными различными тяжелыми элементами из-за недостатка водорода и гелия в космосе.

Согласно исследователям, которые концептуализировали такие объекты, Фреду Адамсу и Грегори Лафлину, замерзшие звезды не будут образовываться еще триллионы триллионов лет. Некоторые из них возникнут в результате столкновений между субзвездными объектами, называемыми коричневыми карликами, которые крупнее планет, но слишком малы, чтобы воспламеняться в звезды. Замерзшие звезды, несмотря на низкую температуру, будут иметь массу, достаточную для поддержания ограниченного ядерного синтеза, но недостаточную для излучения большей части собственного света. Их атмосфера может быть загрязнена ледяными облаками, а слабое ядро излучать небольшое количество энергии.

Художественное представление магнетара, нейтронной звезды внешне похожей на замерзшие звезды будущего. Credit: NASA Goddard Space Flight Center

В этом отдаленном будущем самые крупные звезды будут только в 30 раз больше Солнца по массе, по сравнению с известными сегодня звездами, которые в 300 раз превосходят его по этому параметру. Предполагается, что и в среднем звезды будут намного меньше – примерно 40 масс Юпитера. По словам Адамса и Лафлина, в этом холодном и далеком будущем, после того как Вселенная вообще перестанет образовывать звезды, оставшиеся крупные объекты будут в основном белыми и коричневыми карликами, нейтронными звездами и черными дырами.

Железная звезда

Если Вселенная продолжит постоянно расширяться, как это происходит в настоящее время, то в конечном итоге она испытает своего рода «тепловую смерть», когда сами атомы начнут распадаться. К концу этой эпохи могут образоваться поразительно необычные объекты, одним из которых может быть железная звезда.

По мере того как звезды будут непрерывно превращать легкие элементы в более тяжелые, в конечном итоге образуется необычайное количество изотопов железа – стабильного, долговечного элемента. Экзотическое квантовое туннелирование пробьет железо на субатомном уровне. Этот процесс приведет к появлению железных звезд – гигантских объектов, почти полностью состоящих из железа. Однако такой объект возможен только в том случае, если протоны не будут распадаться, что является еще одним вопросом, на который люди не успеют ответить.

Никто не знает, как долго будет существовать Вселенная, и наш вид почти наверняка не сможет засвидетельствовать последние дни космоса. Но если бы мы могли жить и наблюдать за небом еще триллионы лет, то, несомненно, стали бы очевидцами замечательных изменений.

https://in-space.ru/chetyre-ekzoticheskih-tipa-zvezd-kotorye...