Теперь Кью работает в режиме чтения

Мы сохранили весь контент, но добавить что-то новое уже нельзя

Как образуются ядра галактик?

ФизикаАстрономия+1
Петя Петров
  ·   · 8,1 K
Астроном со станции "Звёздная"  · 21 мая 2022
Опять вопросики про чёрные дыры. Что ж, учитывая, какие у этих объектов массы, неудивительно, что они притягивают к себе абсолютно всё, и внимание людей в том числе. 
Сразу и в лоб - точно неизвестно. Да и не совался туда никто и никогда, поэтому определенно точно тут не скажешь. На примере хотя бы нашей Галактики, ядро - это тайна, покрытая мраком в виде межзвёздной пыли. Была. До недавнего времени. Не так давно было высказана гипотеза, что в центрах галактик находятся чёрные дыры (ЧД), в 2019 году было получено изображение ЧД в галактике М87 - первое изображение ЧД, а совсем недавно, если читаете новости - в массы опубликовали изображение ЧД Млечного Пути, то есть нашей Галактики. То есть смотрите, мы уже точно знаем, что ядро Галактики - это чёрная дыра.  Потому что лучшее доказательство - это наблюдение. Чёрная дыра, только очень гигантская (не по размерам, по размерам она довольна маленькая, а по массе гигантская). СМЧД такие называют. Сверхмассивная чёрная дыра. Огромные массы и маленькие размеры дают нам огромнейшую невообразимую плотность таких объектов, что наталкивает на мысль о том что законы физики там работать не собираются. 
Как образуются такие чёрные дыры - вот это уже точно тайна, покрытая мраком, который нааааамного непрозрачнее безобидной межзвёздной пыли (которая кстати очень даже прозрачна например для радио и ИК-диапазона). 
Что касается обычных ЧД, которые являются конечной стадией эволюции некоторых звёзд, механизм их образования предложен такой. 
Черная дыра - это одна из стадий эволюции звезды (определенной, я бы, даже сказала, критической массы). 
Честно говоря, не очень охота распинаться про шварцильдовские радиусы и СТО, поэтому поступим попроще. 
Я как-то кому-то уже отвечала на вопрос про черные дыры и кратко давала описание механизма её образования.
Ну Вы знаете что звёзды, сходя с главной последовательности, превращаются в красные гиганты. Они имеют крайне неоднородную структуру. Центральная часть такой звезды главным образом состоит из двух частей - "гелиевого" ядра (ну ещё в школе рассказывают что по мере выгорания водорода в процессе термоядерного синтеза в звёздах образуется гелий, по просту говоря) и внешний слой, там термоядерных реакций не проходит из-за недостаточной температуры. А между ними как раз находится тонкий слой энерговыделения, в котором и происходит водородная реакция. 
С этим разобрались. В первое время давление в этом слое энерговыделения больше, чем в ядре, которое поэтому сжимается и  нагревается из-за выделения гравитационной энергии. Сжимается оно до тех пор, пока газ не станет вырожденным (это такой газ в общем говоря с очень высокой плотностью и ему свойственно что давление его не зависит от температуры). А чтобы не допустить дальнейшее сжатие, нужно огромное давление, и оно будет достигаться за счет увеличения плотности. Очень плотное ядро - некий изотермичный (=с постоянной температурой) объект из вырожденного газа (главным образом гелия), но довольно маленький, если сравнивать с целой звездой. Если мы отдельно будем рассматривать только это ядро, получится, что оно хоть имеет высокую температуру, но светимость  его мала из-за размеров. Если бы Вы посмотрели на диаграмму Герцшпрунга - Рессела, Вы бы нашли такой объект там где белые карлики, которые, таким образом, представляют из себя сверхплотные вырожденные звезды, в которые превращаются красные гиганты, исчерпывая все свои водородные запасы, когда от них остается, грубо говоря, только ядро. Ладно, не буду вредничать, держите диаграмму Г-Р: 
Эти звёздочки ещё плотнее, порядка сотен тонн в кубическом сантиметре. Они медленно остывают, излучая свои запасы энергии которая представляет собой тепловую энергии вырожденного газа - огромных размеров энергию. 
Белые карлики бывают разных размеров, в зависимости от размеров "исходной" звезды, даже до стадии красного гиганта. 
Представьте себе что мы мысленно увеличиваем массу белого карлика. С увеличением его массы газовое давление в недрах его значит должно противостоять ещё большей силе гравитации, которая растет быстрее, чем давление вырожденного газа. И вот начиная с некоторого значения массы давление вырожденного газа не может уже уравновесить огромную силу гравитации, следовательно, такая звезды будет коллапсировать, или, переводя с астрономического на русский, неограниченно сжиматься. Но! Этого коллапса можно избежать благодаря превращению звезды в нейтронную - тогда сила гравитации уравновешивается давлением (очень огромным давлением) вырожденного "газа из нейтронов", но перед этим должен сначала произойти ядерный взрыв, что называется вспышкой сверхновой - когда вся возможная ядерная энергия выбрасывается наружу из звезды и её вещество переходит в форму нейтронов. Однако при предельнейших, ещё больших значениях масс и нейтроны уже не спасут - давление даже нейтронного вырожденного газа не сможет уравновесить гравитацию при такой массе, и вот тогда то неограниченное сжатие будет продолжаться, и когда звезда, сжимаясь, достигает определенного радиуса, (да, это шварцильдовский радиус, всё-таки, скажу про него), образуется чёрная дыра. Значение этого радиуса выводится из решения задачи двух тел и определяется как  удвоенное произведение гравитационной постоянной на массу (вот эту самую беспредельно огромную) и все это делим на скорость света в квадрате. Если мы имеем такой радиус и такую массу, то из зоны действия гравитации такого объекта уже ничто не сможет уйти, даже если это "что-то" имеет самую большую существующую скорость - скорость света, потому что при таких условиях параболическая скорость оказывается больше скорости света, а параболическая скорость как раз таки и определяет возможность покинуть зону действия гравитации объекта. Поэтому чёрная дыра как бы "поглощает всё" и невидима для нас. 
При попадании газа  в черную дыру его потенциальная энергия переходит в кинетическую, в результате чего газ разогревается и начинает светиться. Поэтому мы "видим черные дыры" - так называемые аккреционные диски, вокруг реальной чёрной дыры. 
Но это касаемо обычных чёрных дыр. Может быть у тех, что в центрах галактик, похожий механизм образования. Может быть. Но только более катастрофический и масштабный. Тут кстати про квазары можно сказать - предположительно они - ранняя стадии формирования галактик. Квазары обладают огромными скоростями удаления от нас, некоторые - порядка 0.3 от скорости света - представляете? Про красное смещение Вы наверняка слышали, так вот значит квазары далеко от нас находятся - явно внегалактические объекты, то есть могут вполне быть ядрами других галактик на ранней стадии их формирования, причём мы вполне можем это видеть, так как то что мы видим на таких расстояниях огромных, происходило огромные количества лет назад, то есть как раз имело место время формирования галактик, почему бы и нет. К чему я про квазары то? Есть предположение, что в центре квазара имеется компактный сверхмассивный объект - СМЧД. Представляете какой ярчайший аккреционный диск у этой СМЧД должен быть? Так как квазары - чуть ли не самые ярчайшие объекты во Вселенной, что-то тут очень даже сходится. 
Хороший ответ. Не хватает какого-то резюме в конце.
Анонимный ответ28 мая 2022
Правильнее было бы поставить вопрос как образуются галактики? если рассмотреть крупномасштабную структуру вселенной то она имеет пенообразную структуру где прослойки галактик и их скоплений соседствуют с огромными пустотами -... Читать далее
кристаллография, кристаллооптика, нанотрубки...  · 3 мая 2022
После Большого взрыва расширяющаяся вселенная начинает остывать. Дойдя до стадии нуклеосинтеза появляется первый химический элемент периодической системы Менделеева - атомарный водород. Затем наступает период, в результате... Читать далее
Хм ... .А откуда взялись газовые скопления?
Исследование общественных процессов, процессов...  · 25 мая 2022
По одной из теорий ядра галактик это первичные черные дыры, вокруг которых сформировались галактики из сформировавшейся во время Большого Взрыва материи. Так же, как сформировались планетные системы из газово-пылевого диска... Читать далее
Широкий кругозор с высоким IQ  · 10 мая 2022
Образование ядер галактик такое-же, как и образование планетных систем вокруг звёзд. Только масштаб больше. И там и там материя вращаясь взаимодействует и концентрируясь в центре вращения образует звёзды, оставшаяся часть... Читать далее