Подпишитесь на наши новости
Вернуться к началу с статьи up
 

ГРАВИТАЦИО́ННЫЙ КОЛЛА́ПС

  • рубрика

    Рубрика: Физика

  • родственные статьи
  • image description

    В книжной версии

    Том 7. Москва, 2007, стр. 578

  • image description

    Скопировать библиографическую ссылку:




Авторы: Д. К. Надёжин

ГРАВИТАЦИО́ННЫЙ КОЛЛА́ПС, гид­ро­ди­на­мич. сжа­тие кос­мич. объ­ек­та под дей­ст­ви­ем соб­ст­вен­ных сил тя­го­те­ния, при­во­дя­щее к зна­чит. умень­ше­нию его раз­ме­ров. Для раз­ви­тия Г. к. не­об­хо­ди­мо, что­бы си­лы дав­ле­ния (от­тал­ки­ва­ния) от­сут­ст­во­ва­ли во­об­ще или, по край­ней ме­ре, бы­ли не­дос­та­точ­ны для про­ти­во­дей­ст­вия си­лам гра­ви­та­ции. Г. к. воз­ника­ет на двух край­них ста­ди­ях эво­лю­ции звёзд. Во-пер­вых, ро­ж­де­ние звез­ды на­чи­на­ет­ся с Г. к. га­зо­пы­ле­во­го об­ла­ка. Во-вто­рых, не­ко­то­рые звёз­ды за­кан­чи­ва­ют свою эво­лю­цию по­сред­ст­вом Г. к., их центр. часть (яд­ро) пе­ре­хо­дит при этом в ко­неч­ное со­стоя­ние ней­трон­ной звез­ды или чёр­ной ды­ры. Од­но­вре­мен­но раз­ре­жен­ная обо­лоч­ка мо­жет быть вы­бро­ше­на силь­ной удар­ной вол­ной, что при­во­дит к вспыш­ке сверх­но­вой звез­ды. Г. к. про­ис­хо­дит так­же и в бо­лее круп­ных мас­шта­бах – на оп­ре­де­лён­ных эта­пах эво­лю­ции ядер га­лак­тик. Ас­тро­но­мич. на­блю­де­ния с по­мо­щью ор­би­таль­ных кос­мич. те­ле­ско­пов в оп­ти­че­ском, ИК- и рент­ге­нов­ском диа­па­зо­нах убе­ди­тель­но сви­де­тель­ст­ву­ют о при­сут­ст­вии в цен­трах не­ко­то­рых га­лак­тик мас­сив­ных чёр­ных дыр мас­сой от не­сколь­ких мил­лио­нов до не­сколь­ких мил­ли­ар­дов масс Солн­ца. В цен­тре на­шей Га­лак­ти­ки на­хо­дит­ся «то­чеч­ный» не­ви­ди­мый объ­ект – чёр­ная ды­ра с мас­сой 3 млн. масс Солн­ца, оп­ре­де­лён­ной по ор­би­там вра­щаю­щих­ся во­круг неё со­сед­них звёзд. Та­кие чёр­ные ды­ры пер­во­на­чаль­но воз­ни­ка­ют вслед­ст­вие Г. к. и за­тем по­сте­пен­но уве­ли­чи­ва­ют свою мас­су, по­гло­щая ок­ру­жаю­щее ве­ще­ст­во.

Г. к. свя­зан с по­те­рей ус­той­чи­во­сти объ­ек­та по от­но­ше­нию к сжа­тию под дей­ст­ви­ем сил гра­ви­та­ции. По­сле по­те­ри ус­той­чи­во­сти с те­че­ни­ем вре­ме­ни объ­ект всё силь­нее от­кло­ня­ет­ся от ис­ход­но­го со­стоя­ния гид­ро­ста­тич. рав­но­ве­сия, при­чём си­лы гра­ви­та­ции на­чи­на­ют пре­об­ла­дать над си­ла­ми дав­ле­ния, что вы­зы­ва­ет даль­ней­шее ус­ко­ре­ние сжа­тия. В ос­но­ве Г. к. при ро­ж­де­нии звёзд и при об­ра­зо­ва­нии ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр ле­жат со­вер­шен­но разл. фи­зич. про­цес­сы. Од­на­ко гид­ро­ди­на­мич. кар­ти­на раз­ви­тия Г. к. в осн. чер­тах оди­на­ко­ва в обо­их слу­ча­ях.

Ро­ж­де­ние звёзд свя­за­но с гра­ви­та­цион­ной не­ус­той­чи­во­стью меж­звёзд­ной сре­ды. При об­ра­зо­ва­нии ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр толч­ком к на­ча­лу Г. к. слу­жат по­те­ря звез­дой ус­той­чи­во­сти вслед­ст­вие дис­со­циа­ции атом­ных ядер на со­став­ляю­щие их ну­кло­ны и/или ней­тро­ни­за­ция ве­ще­ст­ва звез­ды (мас­со­вый за­хват атом­ны­ми яд­ра­ми элек­тро­нов), со­про­во­ж­дае­мые ин­тен­сив­ны­ми по­те­ря­ми энер­гии пу­тём ис­пус­ка­ния элек­трон­ных ней­три­но.

На­чав­ший­ся Г. к. раз­ви­ва­ет­ся во всё бо­лее ус­ко­рен­ном тем­пе в осн. по двум при­чи­нам. Во-пер­вых, за­тра­ты энер­гии на рас­ще­п­ле­ние час­тиц ве­ще­ст­ва (дис­со­циа­ция мо­ле­кул и ио­ни­за­ция ато­мов при сжа­тии про­тоз­вёзд­ных об­ла­ков, дис­со­циа­ция атом­ных ядер при об­ра­зо­ва­нии ней­трон­ных звёзд) при­во­дят к сни­же­нию ско­ро­сти рос­та дав­ле­ния, пре­пят­ст­вую­ще­го сжа­тию ве­ще­ст­ва. Во-вто­рых, ин­тен­сив­ные по­те­ри энер­гии на из­лу­че­ние во вре­мя Г. к. ещё боль­ше за­мед­ля­ют рост дав­ле­ния.

Де­таль­ное опи­са­ние Г. к. мож­но по­лу­чить лишь с по­мо­щью бы­ст­ро­дей­ст­вую­щих ЭВМ с учё­том кон­крет­ных ме­ха­низ­мов по­терь энер­гии (ИК-из­лу­че­ние или ней­три­но) и др. фи­зич. свойств кол­лап­си­рую­ще­го ве­ще­ст­ва. Чем боль­ше плот­ность ве­ще­ст­ва внут­ри кол­лап­си­рую­ще­го объ­ё­ма, тем бы­ст­рее раз­ви­ва­ет­ся Г. к. По­это­му в пер­вую оче­редь кол­лап­си­ру­ет об­ласть вбли­зи цен­тра звез­ды (центр. яд­ро). По­сле ос­та­нов­ки Г. к. яд­ра ве­ще­ст­во обо­лоч­ки на­тал­ки­ва­ет­ся на не­го со сверх­зву­ко­вой ско­ро­стью, об­ра­зуя силь­ную удар­ную вол­ну (УВ). В центр. об­лас­ти объ­ек­та воз­ни­ка­ет из­бы­ток дав­ле­ния, под дей­ст­ви­ем ко­то­рого УВ пе­ре­ме­ща­ет­ся в на­руж­ном на­прав­ле­нии. УВ не толь­ко ос­та­нав­ли­ва­ет па­де­ние обо­лоч­ки, но мо­жет так­же при­дать на­руж­ным сло­ям ско­рость, на­прав­лен­ную от цен­тра. Этот об­на­ру­жен­ный в де­таль­ных рас­чё­тах Г. к. эф­фект на­зы­ва­ет­ся гид­ро­ди­на­мич. от­ра­же­ни­ем (от­ско­ком). Его су­ще­ст­во­ва­ние важ­но для ди­аг­но­сти­ки Г. к. в на­блю­де­ни­ях, в ча­ст­но­сти для тео­рии вспы­шек сверх­но­вых звёзд.

По­сле вы­па­де­ния на яд­ро осн. мас­сы обо­лоч­ки и за­ту­ха­ния вы­зван­ных гид­ро­ди­на­мич. от­ра­же­ни­ем пуль­са­ций яд­ра Г. к. фак­ти­че­ски за­кан­чи­ва­ет­ся. Од­на­ко зна­чи­тель­ная до­ля вы­де­лив­шей­ся в про­цес­се Г. к. энер­гии не ус­пе­ва­ет из­лу­чить­ся и ока­зы­ва­ет­ся за­па­сён­ной в ви­де те­п­ло­ты в об­ра­зо­вав­шем­ся плот­ном гид­ро­ста­ти­че­ски рав­но­вес­ном объ­ек­те (в про­тоз­вез­де или в го­ря­чей ней­трон­ной звез­де). По ме­ре из­лу­че­ния энер­гии про­тоз­вез­да про­дол­жа­ет мед­лен­но сжи­мать­ся. В со­от­вет­ст­вии с тео­ре­мой ви­риа­ла темп-pa в цен­тре про­тоз­вез­ды по­вы­ша­ет­ся и в кон­це кон­цов дос­ти­га­ет ве­ли­чи­ны, дос­та­точ­ной для про­те­ка­ния тер­мо­ядер­ных ре­ак­ций, – про­тоз­вез­да пре­вра­ща­ет­ся в обыч­ную звез­ду.

На ко­неч­ных ста­ди­ях эво­лю­ции мас­сив­ных звёзд мо­гут соз­да­вать­ся ус­ло­вия, бла­го­при­ят­ные для об­ра­зо­ва­ния не­ус­той­чи­вых к Г. к. звёзд­ных ядер с мас­сой, пре­вы­шаю­щей пре­дель­ную мас­су ней­трон­ной звез­ды (2–3 мас­сы Солн­ца). При та­ких об­стоя­тель­ст­вах Г. к. уже не мо­жет ос­та­но­вить­ся на про­ме­жу­точ­ном со­стоя­нии рав­но­вес­ной ней­трон­ной звез­ды и про­дол­жа­ет­ся не­ог­ра­ни­чен­но с об­ра­зо­ва­ни­ем чёр­ной ды­ры. Осн. роль здесь иг­ра­ют эф­фек­ты об­щей тео­рии от­но­си­тель­но­сти, по­это­му та­кой Г. к. на­зы­ва­ет­ся ре­ля­ти­ви­ст­ским.

На Г. к. мо­гут су­ще­ст­вен­но вли­ять вра­ще­ние кол­лап­си­рую­ще­го объ­ек­та и его маг­нит­ное по­ле. При со­хра­не­нии мо­мен­та ко­ли­че­ст­ва дви­же­ния и маг­нит­но­го по­то­ка ско­рость вра­ще­ния и маг­нит­ное по­ле воз­рас­та­ют в про­цес­се сжа­тия, что мо­жет из­ме­нить кар­ти­ну Г. к. не толь­ко ко­ли­че­ст­вен­но, но и ка­че­ст­вен­но. Напр., в от­сут­ст­вие сфе­рич. сим­мет­рии ста­но­вят­ся воз­мож­ны­ми по­те­ри энер­гии пу­тём из­лу­че­ния гра­ви­та­ци­он­ных волн. Дос­та­точ­но силь­ное на­чаль­ное вра­ще­ние мо­жет при­вес­ти к ос­та­нов­ке Г. к. на про­ме­жу­точ­ной ста­дии, ко­гда даль­ней­шее сжа­тие ока­жет­ся воз­мож­ным лишь при на­ли­чии к.-л. ме­ха­низ­мов по­те­ри мо­мен­та ко­ли­че­ст­ва дви­же­ния или при фраг­мен­та­ции объ­ек­та на сгу­ст­ки мень­ших раз­ме­ров. Ко­ли­че­ст­вен­ная тео­рия Г. к. с учё­том вра­ще­ния и/или маг­нит­но­го по­ля толь­ко на­чи­на­ет своё раз­ви­тие и опи­ра­ет­ся на дос­ти­же­ния совр. вы­чис­лит. ма­те­ма­ти­ки. Ре­зуль­та­ты, по­лу­чен­ные для Г. к. без учё­та вра­ще­ния и маг­нит­но­го по­ля, име­ют тем не ме­нее важ­ное при­клад­ное зна­че­ние и яв­ля­ют­ся в ря­де слу­ча­ев, по-ви­ди­мо­му, хо­ро­шим при­бли­же­ни­ем к дей­ст­ви­тель­но­сти.

Ис­сле­до­ва­ния Г. к. при­об­ре­ли осо­бый ин­те­рес в свя­зи с дос­ти­же­ния­ми ин­фра­крас­ной ас­тро­но­мии, ко­то­рая по­зво­ля­ет на­блю­дать за ро­ж­де­ни­ем звёзд, а так­же с по­строй­кой под­зем­ных ней­трин­ных об­сер­ва­то­рий, спо­соб­ных за­ре­ги­ст­ри­ро­вать вспыш­ку ней­трин­но­го из­лу­че­ния в слу­чае об­ра­зо­ва­ния ней­трон­ных звёзд и чёр­ных дыр в на­шей Га­лак­ти­ке.

Лит.: Зель­до­вич Я. Б., Но­ви­ков И. Д. Тео­рия тя­го­те­ния и эво­лю­ция звезд. M., 1971; Шклов­ский И. С. Звез­ды: их ро­ж­де­ние, жизнь и смерть. 3-е изд. M., 1984; Фи­зи­ка кос­мо­са: Ма­лень­кая эн­цик­ло­пе­дия. 2-е изд. M., 1986; Фи­зи­че­ская эн­цик­ло­пе­дия. М., 1988. Т. 1.

Вернуться к началу