3. 16. Чёрные дыры

Мой канал на Дзене "Мир Пространств"
---
Чёрная дыра - это объект Тёмной материи, объект представляющий дыру в нашем электромагнитном мире. Энергия пространства здесь гасится материей до нуля, в результате, заряды частиц не способны существовать при таких энергиях.

Тёмная материя быстро остывает в плотных объектах. Без заряда, столкновения частиц Тёмной материи носят неупругий характер, поэтому их температура быстро падает до 0 К.

* * * Горизонт событий

Это граница, внутри которой скорость убегания (вторая космическая скорость) чёрной дыры превышает скорость света.

Поверхность на радиусе Шварцшильда действует как горизонт событий.
Радиус Шварцшильда определяется как rs = 2GM/c^2, где G — ньютоновская постоянная гравитации, M — масса объекта, c — скорость света.

Вторая космическая скорость (параболическая скорость, скорость освобождения, скорость убегания) — наименьшая скорость, которую необходимо придать стартующему с поверхности небесного тела объекту, МАССА которого пренебрежимо мала по сравнению с массой небесного тела.
Формула второй космической скорости v; = ;(2G·M/R), где: G — гравитационная постоянная; M — масса небесного тела; R — радиус небесного тела.
Отсюда R = 2GM/c^2, когда v;=c.

Радиусы в этих формулах определяются одинаково. Вот только формула второй космической скорости не пригодна при вычислений для тел не имеющих массу.
Фотоны не тормозят от гравитации, их скорость всегда постоянна, а значит, для света не существует второй космической скорости, как и горизонта событий.

Если тело Чёрной дыры будет сопоставимо с горизонтом событий, то глупо утверждать, что фотон в этом случае не сможет излучаться.

Чёрная дыра не излучает фотоны не потому, что есть какой-то горизонт событий, а потому, что она состоит из Тёмной материи, которая не излучает и не поглощает фотоны. Она вообще не взаимодействует с электромагнитным излучением.

* * * Типы Чёрных дыр
В основном, наблюдаются ЧД сверхмассивные и звёздной массы:

- Сверхмассивные Чёрные дыры (СМЧД.)
Сверхмассивная чёрная дыра - 1е5...1е11 масс Солнца.
Они формировались в холодных, слабовращающихся облаках Тёмной материи. Чем медленнее вращалось облако, тем массивнее становилась в нём Чёрная дыра. Центральное тело быстро набирало массу Тёмной материи и закручивало остальную массу, которая ускорялась с приближением к Чёрной дыре.

Так формировались центры галактик, где затем начинала агрегироваться Светлая материя, которая разлетаясь в виде диска создавала звёздные системы. На начальном этапе формирования галактики агрегация идёт на больших радиусах.

Когда Тёмная материя сильно раскручивается, рост Чёрной дыры прекращается, но к этому моменту она уже становится сверхмассивной.

Светлая материя начинала формироваться в уже раскрученной Тёмной материи, поэтому сразу вращалась в форме тонкого диска. Более молодые звезды имеют более высокую орбитальную скорость, т.к. скорость Тёмной материи со временем увеличивается из за роста массы центральных областей галактики.

- Чёрные дыры звёздной массы
ЧД звёздной массы формируются из звёзд.

В результате давления при взрыве Сверхновой центральная часть материи звезды теряет заряд путём излучения фотонов. Аннигиляция зарядов происходит при сжатии материи больше величины плотности ядра атома. Поэтому, Чёрная дыра не обладает электромагнитным полем, её материя не излучает и не поглощает фотоны.
Нейтронная звезда, при переходе в Чёрную дыру, должна излучить всю свою электромагнитную энергию фотонами и нейтрино.

* * * Давление и плотность
Светлая материя имеет максимальную плотность в Нейтронных звёздах, плотность Чёрной дыры максимальна для Тёмной материи.

Рисунок вверху: Гравитационная яма и плотность тела
Здесь: 1 - гравяма Земли
2 - гравяма Белого карлика массой Земли (радиус 100 км)
3 - гравяма Нейтронной звезды массой Земли (радиус 10 км)
4 - гравяма Черной дыры массой Земли (радиус 1 см)
5 - радиус Земли 6400 км.
6 - максимальный потенциал пространств

При радиусе меньше 2000 км для Чёрной дыры земной массы, гравитация начинает быстро возрастать. При радиусе меньше 600 км рост гравитации становится очень стремительным.

Чёрная дыра в квазаре OJ 287 имеет массу 18е9 M;. Её расчётная плотность 60 г/м^3.
Такая низкая плотность объясняется тем, что в центральной части Чёрной дыры есть область, где нет энергии пространства (потенциал пространства = 0). Это Мёртвая зона.
Чем больше Чёрная дыра, тем больше у неё Мёртвая зона, а значит, меньше плотность.

Отсутствие изменения амплитуды Квантов пространства в Мёртвой зоне приводит к отсутствию здесь гравитации.

Масса Чёрной дыры оценивается по её влиянию на другие объекты, а гравитация с ростом массы растёт медленнее (из за роста Мёртвой зоны), поэтому создаётся иллюзия снижения плотности.
Когда сливаются две Чёрных дыры, часть массы уходит в Мёртвую зону и не даёт гравитации. Поэтому, создаётся впечатление, что масса куда-то расходуется, Но это не гравитационные волны. Гравитационные волны образуются гравитационным сбросом и расходуют кинетическую энергию тела (снижают орбитальную скорость), так же, как тормозное излучение фотонов.

Плотность и давление в Мёртвой зоне являются константами. Они создаются давлением вещества Чёрной дыры находящегося вне этой зоны.

* * * Аккреционный диск
Аккреция и агрегация ЧД Стрелец А*:
Радиус аккреционного диска 6,7е9 ...2,8е13 км, где g=12,7...0,000001 м/с2;
Радиус зоны агрегации нейтронов - выше 4,5е9 км, где g= 28g Земли (275 м/с2);
Радиус Шварцшильда, не менее 12,7±1,1е6 км, g= 3,5е6 м/с2
Примечание: для Земли ускорение свободного падения g = 9,8 м/с2

Аккреционный диск светится по той же причине, что и рост температуры в короне Солнца, за счёт процессов распада агрегированных нейтронов. Агрегация начинается на радиусе 4,5е9 км и продолжается выше, захватывая часть аккреционного диска, создавая дисковый ветер. Поэтому, внутренние слои аккреционного диска разогреваются сильнее, а дисковый ветер расширяется в плоскости диска.
 Дисковый ветер, в основном, выдувает газ из диска, но также уносит и частицы пыли.

Космический телескоп «Джеймс Уэбб» уже помог обнаружить множество дисковых ветров с чётким разрешением.

Дисковый ветер часто представляет собой вложенную структуру, состоящую из высокоскоростных узких коллимированных струй, окружённых более медленным и широким дисковым ветром.
Исследования показали, что ветер из диска является основным фактором аккреции в молодых звёздных объектах.

Дисковый ветер (см.рис.вверху)Tau 042021 с компонентами, окрашенными в разные цвета. Коллимированные джеты — красные, ветер от диска — зелёный, сам диск — синий, а тёмная полоса — полоса поглощения.

Наблюдения, проведённые рентгеновской обсерваторией «Чандра» в 2011 году, показали, что это самые быстрые ветры из когда-либо наблюдавшихся в аккреционном диске — 3 218 688 км/ч, что составляет около 0,3 % от скорости света. По словам Эшли Кинг из Мичиганского университета, «вопреки распространённому мнению о том, что чёрные дыры поглощают всё, что к ним приближается, мы подсчитали, что до 95 % вещества в диске вокруг IGR J17091 выбрасывается ветром».

Дисковый ветер подтверждает наличие процесса агрегации нейтронов. Кроме того, процесс агрегации и распад нейтронов сопровождается излучением:
“Большой резервуар для горячего (107 Кельвин) и холодного (102…104 Кельвина) газа окружает ЧД Стрелец A* в пределах нескольких парсеков. Есть ограничения на количество горячего газа 105 M; в зоне аккреции чёрной дыры в пределах 105 радиуса Шварцшильда (0,04 парсек - 1,23е13км) — получены в результате рентгеновских наблюдений, масса в более холодном газе была неограниченной. Одним из возможных способов обнаружения этого более холодного газа является его излучение в спектральных линиях рекомбинации водорода. Здесь мы сообщаем о визуализации диска ионизированного газа в пределах 2е4 радиуса Шварцшильда с использованием 1,3-миллиметровой рекомбинационной линии H30;.
Мы интерпретируем эти наблюдения в терминах вращающегося диска с массой 10^;5 до 10^;4 массы Солнца и средней плотности водорода около 10^5 до 10^6 на кубический сантиметр.”

Агрегированные нейтроны при распаде на протон и электрон дают горячий газ. Удаляясь с места распада газ остывает. Протон захватывает электрон и получается водород, который наблюдается во внешних слоях аккреционного диска.

Звёздный ветер Чёрных дыр из агрегированной материи разлетается по Вселенной, создавая условия для звездообразования:
“в окрестностях сверхмассивной чёрной дыры активно идёт процесс звездообразования. Полагают, что источником газа для этого процесса являются два плоских аккреционных газовых кольца, обнаруженных в центре Галактики в 1980-х годах.”

Рукава галактик это разлетающаяся Светлая материя, агрегированная около Чёрной дыры. Так же как солнце рассеивает звёздным ветром ионы, так и Чёрные дыры создают дисковый ветер, только в более крупных масштабах.
 
Аккреционный диск, разогретый распадом агрегированных нейтронов, генерирует ярчайшее излучение, которое может быть в сотни раз интенсивней, чем у всех остальных звёзд в этой галактике вместе взятых. Внутренние слои аккреционного диска очень горячие и излучают рентгеновские волны, а наружные ультрафиолетовые и даже оптические.

Синтез элементов, в т.ч. и железа, по r-процессу идет очень быстро. Спектральные линии сильно ионизированного железа возникают в самых близких к ЧД областях диска, разогреваясь от ионизированного ветра агрегированных нейтронов.

Агрегированная материя с малой энергией приближаясь к Чёрной дыре испытывает ускорение и начинает излучать в рентгеновском диапазоне. Это излучение имеет характерный спектр, подобный хорошо изученному излучению частиц, ускоренных в синхротроне.

* * * Распад звезды
Распад, приближающейся к Чёрной дыре звезды, не может быть в аккреционном диске. Здесь слишком мало ускорение свободного падения. Зона распада Светлой материи может быть только при очень большом сближении с Чёрной дырой.

Распад звезды (см.рис.вверху)
1 - потенциал разрушения звезды
2 - потенциал звезды
3 - гравитация Чёрной дыры
4 - гравяма звезды
5 - сжатая гравяма звезды

На удалении от Чёрной дыры гравитационная яма звезды п.4 была большой, что давало звезде большую внутреннюю гравитацию. При сближении с Чёрной дырой потенциала пространства уменьшается и поджимает гравитационную яму звезды. Сокращение внутренней гравитации звезды ведёт к её распаду.

Это можно сравнить с волнами на воде: в глубоком водоёме - большие волны, в мелком - мелкие, даже если он тянется на километры. Глубина водоёма определяет возможный размер волны.

Так и с гравитацией, в свободном космосе внутренняя гравитация звёзд максимальна, при сближении с Чёрной дырой внутренняя гравитация падает настолько сильно, что звезда теряет свою гравитацию и рассыпается. С уменьшением внутренней гравитации звезды начинается перетекание вещества звезды на Чёрную дыру.

* * * Джет
Магнитное поле образуется движущимися заряженными частицами распада агрегированных нейтронов и материей аккреционного диска.
Магнитное поле не проходит через Чёрную дыру, а обтекает её. Частицы ускоряются по магнитным линиям: со спином вверх летят вверх, со спином вниз - вниз.
Джеты формируются из частиц с одинаково направленным спином.

Рисунок вверху: Формирование джетов.
Здесь желтым цветом показан срез аккреционного диска. Оранжевый цвет - зона распада агрегированных нейтронов.

Количество частиц резко возрастает при распаде попавшей в аккреционный диск Светлой материи. Следуя по магнитным линиям к оси вращения, частицы закручиваются в жгут и ускоряются до огромных скоростей.