Одним из интересных объектов в области изучения астрофизики следует отметить черные дыры. Всевозможные теоретические предположения, раскрывающие потенциальные секреты этих загадочных объектов природы привлекают  специалистов этой сферы и людей, не безразличных к науке. Этот обзор новостей, касающихся гипотез исследований черных дыр представлен для широкого круга читателей.

Исторические факты

В нелегкий период дней Первой мировой войны, постоянно  находясь в госпитале, 42-летний ученый писал наброски учения, которое в Европе в этот период считалось революционным. Карл Шварцшильд был смертельно болен, но ему удалось подарить миру концепцию теории относительности. Немецкий физик нашел способ решить систему дифференциального нелинейного уравнения Эйнштейна.

Эти уравнения решили задачу определения гравитационных радиусов при наличии параметров массы. Если масса объекта равна массе солнца, его радиус составит 3 километра.  Возьмем сферу такой же массы и радиуса, например, то эта вторая космическая скорость на ее поверхности окажется тождественной первой. Таким образом, необходима скорость, способная наделить  данные объекты  некой силой, которая позволит  беспрепятственно преодолеть притяжение таких сфер. Необходимо еще учитывать, что любые объекты, величина массы которых равна нулю, не способны к основному движению с такой скоростью. Это означало, что физик определил основное положение про тела, упавшие на выбранную сферу при условии создания гравитационного поля симметрическим сферическим телом. Они ни в коем случае не смогут покинуть границы гравитационного радиуса, так называемой шаровой окрестности. Таким образом, их фотоны, не имеющие массы, подлетают близко, но не выходят за границы сферы. Цвет объекта обязательно станет черным, потому что ему свойственно при таких условиях лишь поглощать излучение, соответственно не имея возможности отдавать его взамен.

Основным объектом внимания среди ученых  в открытии  радиуса Шварцшильда стало присутствие сингулярности. То есть, теория предполагает, что тело с радиусом меньшим за гравитационный, может превращаться в процессе сжимания в точку благодаря воздействию параметров гравитации этих объектов. Понятие сингулярности стало важным открытием для немецкого физика. Его интересные исследования в этой области продолжили через несколько лет  работы Нордстрема и Райсснера, которые конкретизировали учение Шварцшильда. В это время и начали говорить о феномене заряженных черных дыр, тех же загадочных объектах, имеющих электрический заряд.

Долгое время физики отрицали существование таких явлений. Альберт Эйнтштейн тоже не стал исключением. Приводились многие нелепые аргументы, потому что физики того времени не могли себе представить процесс сжатия материй, способный превратить объект в небольшую точку. Это приостановило исследования черных дыр до 1931 года. Но после публикации результатов исследования Чандрасекара ситуация изменилась. Он считал, что звезда, масса которой выше предельной, после завершения процесса горения элемента водорода способна к внутреннему превращению. Ее радиус может стать равным нулю. Советский ученый Лев Ландау был против этой теории, приводя примеры квантовых эффектов, которые только доказывают   возможность существования нейтронных звезд. А в 1939 году заявления Роберта Оппенгеймера подтверждало теории индийского ученого, но основные положения были скорректированы физиком, который в мире считается  творцом первых атомных бомб.

Только спустя десятки лет наступило время для детального исследования черных дыр и всех фактов и предположений, связанных с ними. Появилась теория Керра-Ньюмена. Это была первая попытка классифицирования этого феномена с помощью уравнения Эйнштейна. Эти ученые описали теорию черных дыр, отметив, что они могут вращаться. Керр считал, что также существуют дыры с низким уровнем заряда. Такие черные дыры назвали его именем. Продолжая свои исследования, эти ученые пришли к выводам о тождественности черных дыр, которые произошли благодаря коллапсу и свойствам материи и антиматерии. На практике невозможно отличить обычную дыру от результата такого же коллапса антиматерии. Но исследования продолжались.

В 70х годах этой проблемой увлекся Стивен Хокинг, разработав революционные концепции квантовых эффектов, исследованные в точке такого радиуса, близкой к самому горизонту событий. Эта теория  окончательно подтвердила догадки ученых о постоянном рождении виртуальных частиц с помощью вакуума, способных оставлять окрестности дыр в процессе уменьшения энергии покоя. Сделав детальные расчеты по термодинамике, ученый Хокинг обнаружил, что излучения дыр действительно полностью совпадают с характерным излучением черных объектов при условиях конкретной температуры.

Согласно изложенным теориям, разработанным учеными в разное время, в космосе могут существовать черные дыры, но однозначного утверждения ученых еще не получено, а их феномен до конца не изучен. Причиной их возникновения считаются гравитационный коллапс звезд и Большой Взрыв, который оставил следы первичных дыр, которые отличаются небольшим размером  и разнообразной массой. Теория излучения Хокинга предусматривает постепенное испарение и нагревания этих объектов, которые могут самоликвидироваться из-за мощного взрыва, сопровождающегося излучением разного типа.

Планеты и черные дыры

Рассмотрев историю концепций такого явления как черные дыры, перейдем к более современным исследованиям. Что же современные ученые могут добавить к теории черных дыр, или же, они опровергнут предположения первых исследователей этой области науки?

В апреле 2011 года доктор физико-математических наук и сотрудник Института ядерных исследований РАН представил результаты теоретических исследований процессов, связанных с явлениями черных дыр. Вячеславом Докучаевым было рассмотрено черные дыры Нордстрема, Керра и Райсснера. Этого ученого заинтересовало, как физика, что же на самом деле происходит в недрах черных дыр. Может внутри них существовать какой-либо порядок или внутренности их горизонтов событий подвержены хаотическому движению частиц согласно сингулярности.

Оказывается, что в нескольких случаях, которые были ранее описаны исследователями-предшественниками, прослеживается некий своеобразный алгоритм движения. Дыры Керра имеют внутри подобие горизонта Коши, который устанавливает границы этой области, при которой данное уравнение движений может иметь решения. Это значит, что возможно описать траекторию частиц. Но осложнило исследование то, что внутри такой дыры могут сосуществовать и замкнутый вид устойчивых траекторий для массовых частиц и безмассовых. Устойчивость в данном случае, рассматривают, как стремление частицы возвратится на свою орбиту, не взирая, на все мощные толчки. Если рассматриваемая частица упадет на этот вид траектории, то она, возможно, будет двигаться вокруг основной сингулярности, напоминая движение планеты вокруг солнца. Траектории могут быть эллиптическими, а частицы также могут двигаться спиралеобразно внутри черной дыры.

На основе этих открытий автор сделал выводы, которые могут считаться фантастическими. Физик предположил, что внутри дыр могут размещаться аналоги некоторых планет. Свойство плотности черных дыр обратно пропорционально квадрату их же массы. Если представить себе черную дыру с массой достигающей миллиарды солнечных, то это плотность  20 килограммов на кубический метр. Для сравнения, плотность воды составляет 1000 килограммов.

Докучаев не исключает возможности появления жизни внутри этих дыр. Хотя доказать или опровергнуть это очень сложно, не изучив химические показатели. Было бы интересно исследовать эти экзотические условия, которые являются загадкой для ученых. А для фантастов это будет интересной темой для развития сюжетов произведений.

Ученые из Великобритании и Канады в этом году провели исследования пульсирующих космологических моделей.  В 70х годах было возобновлена работа над исследованием теорий и расчетами, связанными с ними. Андрей Сахаров  назвал такие модели многолистными. Теоретический материал, касающийся моделей, свидетельствует, что последствия Большого взрыва привели к расширению, а затем к сжатию Вселенной, что снова может вызвать взрыв. Эту теорию можно сравнить с теорией суперструн.

Поэтому физиков беспокоит вопрос, может ли такое сжатие повлиять на черную дыру и каким образом. В начале исследований они считали, что такой процесс сжатия приведет не к сингулярности, а к изменению плотности, величине Планка. Точных данных исследователи не могут привести, так как, возможно, эта величина является максимальной для плотности веществ. Затем они решили, что такое влияние приведет к расширению.

Однако, при попытке прояснить ситуацию, ученые предположили, что эти черные дыры не будут разрушаться, если сжатие достигнет максимального уровня, допустимого в данном случае. Такие дыры могут сосуществовать без пересечения границ друг друга, согласно теории о планковской плотности. Они не будут сливаться в одно целое. Исследователи брали во внимание теории многолистной вселенной, кванотовую и классическое учение, учитывая экзотические эффекты и изменения размера пространственной Вселенной.

Любопытным фактом стало то, что это направление исследований имеет своеобразное применение на практике. Древние дыры можно искать с помощью телескопов, что подтверждает существование многолистных космических моделей.

Американские ученые посвятили работы изучению гравитационных атомов. Они изучили объекты микроскопических размеров, назвав их гравитационными. Эти атомы лежат в основе строения первичной черной дыры. Такая идея не была абсолютно новой (см. напр. здесь), ее пытались разрабатывать дальше, но большинство ученых не поддерживают эти теории, считая их довольно-таки фантастическими, далекими от реальных исследований.

На данный момент, предсказанные взрывы черных дыр в связи с эффектом излучений Хокинга не были зарегистрированы. Американские физики Вандевендеры предположили, что эти явления еще не происходили, поэтому никто их не обнаружил. Возможно, что они под действием некоторых эффектов уменьшились в размерах, не испарившись окончательно.

Если бы это было достоверным, то можно было б установить механизм образования подобными дырами гравиатомов из обычной материи, при котором роль электронов исполняют обычные атомы материи. Но они никак не смогут попасть на основную дыру, потому что исследователи утверждают, что волновые функции атомов оказывается схожи с волновыми функциями электронов. Это фактически может доказывать, что вероятность падений атомов на черные дыры очень низкая.

Для подтверждения своих теорий ученые предлагали разные способы, которые помогут проверить все предположения. Но с уверенностью можно сказать, что исследования физиков-теоретиков находятся в состоянии разработки, и  скоро они будут представлены миру.