Гравитация Том 3 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
B. Сгусток вещества («астероид», «планета» или звезда), падающий в черную
дыру, должен в процессе падения испускать импульс гравитационного излучения. Полная излученная энергия Е~ 0,01р, где р — масса
падающего объекта (фиг. 36.2) [135, 136].
Г. Объект на устойчивой круговой орбите вокруг черной дыры вследствие потери энергии на гравитационное излучение должен медленно по спирали падать вниз до тех пор, пока он не достигнет наиболее сильно связанной
§ 33.2. Гравитационное и электромагнитное поля черной дыры 95
I
устойчивой круговой орбиты. После этого он должен быстро упасть на дыруг испустив гравитационные волны в виде «всплеска последнего вздоха». Полная энергия, излученная в течение медленного падения по спирали,, равна энергии связи на последней устойчивой орбите:
( 0,0572ц для шварцшильдовской дыры,
излуч Mi поел, орб—I 0,4235ц для керровской дыры с S-M2, Q = 0.
Здесь ц — масса покоя захваченного объекта (дополнение 33.5). Полная энергия, заключенная во всплеске последнего вздоха, есть Е~ 0,01ц(ц/Л/)г если ц M (фиг. 36.2).
Д. Падая в черную дыру, вещество может возбудить колебания внешней
геометрии пространства-времени вокруг черной дыры. Колебания превращаются постепенно в гравитационные волны; последние частично уходят на бесконечность, частично захватываются черной дырой [137, 138]. Эти колебания аналогичны «зарождающемуся гравитационному геону» [139, 140] — разница состоит лишь в том, что в случае осциллирующей черной дыры энергия колебаний удерживается в одном месте фоновой геометрией Керра (она мешает энергии колебаний мгновенно распространяться во все стороны), в то время как геон удерживается от распада кривизной, создаваемой «энергией колебаний».
Е. Посредством неньютоновского гравитационного взаимодействия в индукционной (т. е. не в волновой) зоне черная дыра постепенно превращает свой момент импульса в другие не аксиально симметричные распределения вещества и полей в окрестности дыры [104, 141—143].
Ш. Звезда и планета, падающие на большую черную дыру, будут разорваны на части гравитационными приливными силами. Если такой разрыв происходит вблизи горизонта, но вне его, то возможен выброс капли звездного вещества, которая с релятивистской скоростью уходит на бесконечность («эффект тюбика с зубной пастой»). Более того, выходящая на бесконечность струя может уносить из эргосферы дыры значительное количество вращательной энергии, т. е. дыра может выбросить такую струю, что сумма массы покоя и кинетической энергии последней превышает массу первоначально падающего объекта ([144], § 33.7 и 33.8).
3. Силовые линии магнитного поля заряженной черной дыры могут быть вморожены в окружающую плазму, могут закручиваться по мере вращения черной дыры; они могут также сотрясать, дергать и возбуждать плазму.
Соударения между черными дырами
А. Две черные дыры могут соударяться и сливаться в одну; но разорвать одну черную дыру на несколько черных дыр невозможно [104] (упражнение 34.4).
Б. При соударении и слиянии двух черных дыр площадь поверхности результирующей черной дыры должна превышать сумму площадей поверхности двух первоначальных черных дыр («второй закон динамики черных дыр» [103, 122], дополнение 33.4, § 34.5). Это ограничение налагает верхний предел на количество гравитационного излучения, испущенного при соударении. Например, если все три дыры являются шварцшильдовскими
I
96 33. Черные дыры
и две первоначальные дыры имеют равные массы MI2, то
4я (2Мконечн)2>4л; [2 (М/2)]* + 4я [2 (М/2)]\ Mlioumn^M/V2, так что излученная энергия
Яизлуч< M - Ml V2 = 0,293М.
VI. Где и как искать черную дыру (подробный обзор см. в работе [123J)
A. Когда она образуется, по всплеску или всплескам гравитационного излучения, испускаемым в процессе формирования черной дыры (фиг. 24.3).
Б. В двойной системе компонента, являющаяся черной дырой, невидима, но вследствие аккреции она может испускать рентгеновское и ^-излучение; видимая компонента обнаруживает доплеровские смещения, из которых можно почерпнуть информацию о невидимой компоненте [145—149]. Скорость видимой компоненты и период дают информацию о массе невидимой компоненты. Если эта масса в четыре и более раз превышает солнечную, то невидимая компонента не может быть обычной звездой, поскольку обычная звезда с такой массой имела бы светимость, в (4)3 = 64 раза превышающую светимость Солнца. Она не может быть ни белым карликом, ни нейтронной звездой, так как оба эти объекта, будучи столь массивными, мгновенно коллапсировали бы, превратившись в черную дыру. Поэтому весьма заманчиво, хотя и не всегда необходимо [147], отождествить невидимый объект с черной дырой.
B. [He следует ожидать, однако, сколько-нибудь существенного проявления черной дырой в двойной системе свойств гравитационной линзы; если возможности астрономов недостаточны для наблюдения темного диска Меркурия, имеющего диаметр 4800 км, когда он проходит между нами и огромной поверхностью Солнца, то совсем мало надежды наблюдать черную дыру, заслоняющую соседнюю звезду, так как эффективный радиус черной дыры всего ~3 км и она находится неизмеримо дальше от нас, чем Меркурий. Чтобы наблюдался существенный эффект, линза (черная дыра) должна находиться от фокусируемой звезды на обычном межзвездном расстоянии. Ho в этом случае прицельный параметр фокусируемых лучей больше звездного радиуса, поэтому дыра в качестве линзы по своему действию ничем не отличается от обычной звезды. Более того, даже при наличии IO9 черных дыр в Галактике лишь раз в год одна пз них проходит непосредственно между Землей и более удаленной от нас звездой, когда можно наблюдать существенный эффект линзы [150]. Вероятность того, что именно в данную точку на небе и как раз в нужное время будет направлен достаточно сильный телескоп, ничтожно мала.]
