Cтраница 2
ГОРИЗОНТ СОБЫТИЙ в теории черных дыр и н общей теории относительности - граница области в пространстве-времени, в к-рои сигналы, распространяющиеся со скоростью света, полностью удерживаются тяготением и пс могут уйти в бесконечность во внеш. Шварцшильда-сферой с радиусом, равным гравитационному радиусу rg2 GM / e2, где М - масса черной дыры, G-гравитационная постоянная. [16]
Таким образом, с течением времени полностью теряется компонента / i углового момента черной дыры. При статическом внешнем магнитном поле энергия вращения, связанная с / j, переходит в неприводимую массу черной дыры, а компонента / ц не меняется. [17]
В этом случае приведенная масса совпадает с массой пробной частицы, а полная масса - это масса черной дыры. [18]
В случае, когда имеются две ультрарелятивистские черные дыры, движущиеся параллельно навстречу друг другу, их гравитационное поле, до взаимодействия сконцентрированное в виде двух плоских волн, описываемых метриками (8.5.19), после взаимодействия испытывает искажение, вызванное рассеянием этих гравитационных волн при прохождении друг через друга. Эс ( 1978) показал, что если прицельный параметр сравним с величиной My2, где М - характерная масса черных дыр, а у - типичный лоренц-фактор в системе центра масс, то возникает гравитационное излучение с характерной мощностью - 1 ( в единицах cs / G) в виду узких пучков с телесным углом - у2 по направлениям движения черных дыр. Причина этого излучения состоит в появлении быстропеременного ускорения черных дыр в момент близкого прохождения возле друг друга. [19]
В задаче о рождении частиц в черных дырах имеются два существенных момента, приводящие к необходимости модификации стандартной схемы. Во-первых, хотя в физически реалистической постановке задачи, когда рассматривается процесс коллапса, приводящий к образованию черной дыры, можно считать гравитационное поле в прошлом ( до начала коллапса) слабым и определить все состояния, относящиеся к ин-области, выключить естественным образом гравитационное поле образовавшейся черной дыры в будущем не представляется возможным. Уменьшение массы черной дыры приводит к увеличению, а не уменьшению поверхностной гравитации и, следовательно, интенсивности ее излучения. Поэтому, например, процесс выключения гравитационного поля черной дыры путем формального уменьшения ее массы не приводит к желаемому результату. [20]
Ответ на второй вопрос выглядит так. Это означает, что аккреция газа на возникшую черную дыру не может стать катастрофической. Расчеты подтверждают - масса черной дыры увеличивается вследствие падения в нее окружающего газа лишь незначительно. [21]
Но пока масса черной дыры велика по сравнению с планковской массой ( 10 - 5 г), скорость ее эволюции будет очень мала по сравнению с характерным временем, необходимым свету для выхода за шварцшильдовский радиус. И лишь когда масса черной дыры дойдет до 10 - 5 г, квазистационарное приближение потеряет силу. С этого момента будет уже невозможно использовать классическую метрику. Однако остающаяся в этой системе полная масса или энергия будет уже очень мала. Таким образом, если черная дыра не эволюционирует в голую сингулярность с отрицательной массой, ей ничего не остается, кроме как полностью исчезнуть. Те барионьг и лептоны, из которых образовалось первоначальное коллапсировавшее тело, не могут появиться вновь, так как вся их масса ( энергия) покоя уносится тепловым излучением. Очень заманчивой кажется мысль, что, может быть, именно поэтому теперь во Вселенной так мало барионов по сравнению с фотонами. Сначала во Вселенной могли быть одни только барионы, а излучение могло отсутствовать, но большая часть барионов упала в малые черные дыры, которые затем испарились и отдали обратно массу покоя барионов, но в виде излучения, а не самих барионов. [22]
В классической теории черные дыры могут только поглощать, но не испускать частицы. Но здесь показывается, что вследствие квантовомеханических эффектов черные дыры могут рождать и испускать частицы, как если бы это-были тела, нагретые до температуры hK / 2nk 10 - 6 ( M jM) К, где х - сила тяжести на поверхности черной дыры. Такое тепловое излучение ведет к постепенному уменьшению массы черной дыры, а затем и к ее исчезновению. Все-первичные черные дыры с массой менее - 1015 г должны были бы уже испариться к настоящему времени. Хотя эти квантовые эффекты противоречат тому классическому закону, что поверхность горизонта событий черной дыры не может уменьшаться, сохраняет силу обобщенный второй закон термодинамики: не может уменьшаться сумма S V4.4, где S - энтропия материв вне черных дыр, а А - суммарная площадь поверхности горизонтов событий. Таким образом, гравитационный коллапс приводит к превращению барионов и лептонов коллапсирующего тела в энтропию. [23]
Нетрудно убедиться, что это равновесие является неустойчивым. Действительно, пусть в результате случайной флуктуации в течение некоторого интервала времени черная дыра поглотила меньше энергии, чем излучила. В этом случае ее масса слегка уменьшится, а температура в возрастет, что приведет к дальнейшему увеличению скорости излучения и к дальнейшему уменьшению массы черной дыры. С другой стороны, флуктуация, приводящая к увеличению массы черной дыры, понизит ее температуру и темп хокинговс-кого излучения. [24]
Нетрудно убедиться, что это равновесие является неустойчивым. Действительно, пусть в результате случайной флуктуации в течение некоторого интервала времени черная дыра поглотила меньше энергии, чем излучила. В этом случае ее масса слегка уменьшится, а температура в возрастет, что приведет к дальнейшему увеличению скорости излучения и к дальнейшему уменьшению массы черной дыры. С другой стороны, флуктуация, приводящая к увеличению массы черной дыры, понизит ее температуру и темп хокинговс-кого излучения. [25]
Механизм устойчивости такого равновесия следующий. Допустим, как и выше, из-за флуктуации черная дыра поглотила больше энергии, чем излучила. Привыполнении условия (11.4.6) второй из эффектов оказывается более существенным, и, уменьшив свою массу за счет избытка излучения над аккрецией, черная дыра вернется в исходное состояние. Аналогичным образом обстоит дело и с флуктуация-ми, связанными с уменьшением массы черной дыры. [26]