Теория двух сингулярностей в черных дырах

Об эволюции галактик на сегодняшний день известно немногое. Под эволюцией подразумевается изменение ее характеристик (цвета, спектра, химического состава, скоростей) во времени. Модели эволюции галактик согласны в том, что на их изменение влияют не только внутренние процессы, но и внешнее окружение. Например, слияние галактик:


Рис.1: Слияние галактики Водоворот в созвездии Гончих Псов с галактикой-спутником

На фотографии процесс слияния спиральной галактики с галактикой-спутником, расположенной на конце одного из ее рукавов. Центры масс галактик взаимно притягиваются, но вектора их движения находятся не на одной линии в каждый момент времени, а по направлениям, лежащим в одной плоскости, идет вращение вокруг общего центра масс, гравитационное взаимодействие двух объектов является процессом на плоскости, как показывает уравнение для двух гравитирующих объектов:

где r^2 говорит о процессе на плоскости, имеется произведение двух метрик.
Согласно общей теории относительности, гравитационные взаимодействия обусловлены не силовым взаимодействием тел и полей, находящихся в пространстве-времени, а деформацией самого пространства-времени в присутствии массы-энергии. Эта деформация занимает определенное место в пространстве-времени и проявляется в виде галактического рукава. Галактический рукав характеризуется усиленным звездообразованием, потому что у материи внутри рукава появляется больше возможностей стягиваться, по сравнению с материей в том пространстве-времени, в котором проявляются только собственные деформации вокруг материи, в пространстве между рукавами, например. Это проявление приливной силы для той части рукава, которая вытянулась в сторону галактики-спутника. Проявление всех рукавов галактики также связано с процессами деформации пространства-времени, и их начало лежит в центральной сверхмассивной черной дыре. Как известно, гравитация проявляется только во взаимодействии, и нужен второй объект, чтобы вызвать искривления в виде рукавов. Этот объект находится внутри той же самой сверхмассивной черной дыры, что и первый. За горизонтом событий не одна сингулярность, а две. Рукава это гравитационные волны, которые излучает двойная система. На рисунке ниже – модель слияния двух сильно намагниченных звезд:





Рис. 2: Компьютерная модель слияния двух сильно намагниченных нейтронных звезд (DANIEL PRICE, UNIVERSITY OF EXETER, STEPHAN ROSSWOG INTERNATIONAL UNIVERSITY, BREMEN)

Такие гравитационные волны, согласно общей теории относительности, излучает любая двойная система, и их интенсивность зависит от массы объектов и расстояния между ними. Рукава в спиральных галактиках выглядят аналогично:

Рис. 3: Спиральная галактика M74 из созвездия Рыб

В процессе эволюции галактики нередко сливаются, и сливаются их центральные черные дыры, у них появляется общий горизонт событий, а сингулярности внутри образуют двойную систему. Это относится к спиральным галактикам. Существует несколько видов галактик: эллиптические, линзовидные, спиральные и неправильные.





Рис. 4: Камертон Хаббла

Неправильные галактики лишены вращательной симметрии и активного ядра, это начальный этап эволюции галактик. Эллиптические галактики имеют эллипсоидную структуру и уменьшающуюся от центра к краям светимость, это второй этап эволюции. Линзовидные – промежуточный этап между эллиптическими и спиральными, это дисковые галактики, считается, что они потратили или потеряли свои запасы пыли, однако в дисках есть ее значительные запасы, рукава отсутствуют потому, что в таких галактиках в черной дыре одна сингулярность. После слияния двух линзовидных галактик образуются спиральные галактики, идут процессы звездообразования с использованием галактических рукавов — гравитационных волн из центра, где находится система сингулярностей. Существуют свидетельства столкновения Млечного пути с другой галактикой в прошлом – удалось обнаружить кольцо, состоящее из сотен миллионов звезд, которые чрезвычайно стары и, по некоторым данным, отличаются по химическому составу от звезд нашей галактики. Диаметр кольца 120.000 св. лет. Диаметр Млечного пути без кольца – 100.000 св. лет.

Рис. 5: Кольцо вокруг Млечного Пути

Согласно закону разбегания галактик (Хаббл, Линде), подразумевающему ускоренное расширение Вселенной, в далеком будущем все галактики будут находиться на таком удалении друг от друга, и, будут удаляться с таким ускорением, что свет потеряет возможность преодолевать расстояние от одной галактики до другой. Причем разбегание не является простым удалением галактик друг от друга, не происходит из точки, местоположение которой возможно установить, а, согласно общей теории относительности, разбегание заключается в динамическом изменении самого пространства-времени.
Галактики являются некими колебательными процессами, они вращаются вокруг центра, и однажды, когда на каждую галактику перестанут влиять внешние факторы, колебательные процессы станут затухающими. Произойдет стабилизация системы сингулярностей, к тому времени от галактики останется только центральная сверхмассивная черная дыра. Все галактики будут находиться чрезвычайно далеко друг от друга, и будут в разной степени стабилизированы, что зависит от индивидуальных особенностей каждой галактики, сюда можно включить факторы массы, габаритных размеров, массы центральной черной дыры, скоростей вращения черной дыры, вещества и рукавов. Скорость вращения системы сингулярностей также связана со скоростью вращения рукавов, но за горизонтом событий имеется высокая степень искривления пространства-времени, в котором время идет иначе, следовательно, система сингулярностей вращается с неизвестной скоростью внутри черной дыры, и со скоростью галактических рукавов, относительно нашего места наблюдения. В своем пространстве-времени система вращается быстрее, чем один оборот за 250 млн лет, как вращаются рукава (по различным данным от 225 до 250, это скорость вращения коротационного пояса нашей галактики). Время жизни двойной системы сингулярностей внутри спиральных галактик также зависит от начальных данных структуры галактики и является относительным, время, прошедшее внутри и снаружи горизонта событий будет существенно отличаться. Процесс вращения системы в черной дыре не является вечным, однажды сингулярности упадут друг на друга. Когда сталкиваются две нейтронные звезды, энергии выделяется больше чем при взрыве сверхновой. А при столкновении двух сверхмассивных сингулярностей рационально предположить выделение энергии, сопоставимое с Большим Взрывом, в абсолютно черном космосе.

©

Источник: habrahabr.ru/post/217311/
  • 1345
  • 28/03/2014


Поделись



Подпишись



Смотрите также

Новое