ВУЗ:
Составители:
3
Квантовая теория чёрных дыр занимается главным образом
исследованием эффектов рождения частиц и поляризации вакуума в
гравитационном поле черных дыр. Основной результат состоит в том, что не
вращающаяся черная дыра массы М излучает рождённые кванты как
термодинамически равновесное (не абсолютно чёрное) тело с температурой
ЧД
T (масса М выражена в г):
МэВMKMkGMсkT
ЧД
116163
10108/
−−
≈⋅≈=
π
h (1)
и в результате «испаряет» в окружающее пространство свою массу —
энергию [эффект Хокинга (S. Hawking), 1974]. Рождение частиц происходит
из-за существования горизонта событий черных дыр и нестатичности
метрики пространства-времени под горизонтом. Излучение рождённых
частиц чёрной дырой подчиняется закону Кирхгофа. Спектр излучения
черной дыры близок к чернотельному; отличие связано с тем, что чёрная
дыра не является абсолютно поглощающей для падающего на неё излучения
(или квантовых частиц) с длиной волны > гравитационного радиуса черной
дыры (излучение частично рассеивается внешним гравитационным полем
черной дыры). Для черной дыры с массой порядка массы Солнца эффект
количественно ничтожен, но важен в принципиальном отношении, т. к.
приводит к конечности времени существования черной дыры
327
10 Mt
ЧД
−
≈ (в
секундах). Эффект Хокинга мог бы быть наблюдаем непосредственно для
черных дыр с малой массой гM
15
10~ , находящихся достаточно близко от
Земли. Такие черные дыры не могут возникнуть в результате коллапса звёзд,
но они могли образоваться на ранних стадиях эволюции Вселенной (т.н.
первичные черные дыры). Первичные черные дыры с начальной массой
гM
16
10~ . должны были испариться к настоящему моменту, более массивные
черные дыры остаются практически неизменными. Черные дыры с гM
15
10~
в стационарном режиме испарения являются источниками γ-излучения, ульт-
рарелятивистских электронов и позитронов с характерными энергиями
4
МэВkTE
ЧД
505 −≈ . Мощность, излучаемая таким объектом в виде фотонов,
должна быть равна
2158
)10/(106
−
⋅≈ MP
ν
Вт, а в виде
L
e – в 5 раз больше. С
течением времени, вследствие уменьшения массы черной дыры, скорость её
испарения возрастает. Процесс завершается «квантовым взрывом» черной
дыры, когда за последнюю секунду её жизни выделяется энергия 10
23
Дж.
Для вращающейся черной дыры кроме эффекта Хокинга существует и
другой эффект рождения частиц, связанный с наличием у нее эргосферы.
Как показывает расчёт, излучение рождённых частиц вращающейся черной
дыры под суммарным действием обоих эффектов сохраняет тепловой
характер с эффективной температурой
ЧД
T
,
которая получается из (1)
заменой М на
(
)
22
/1
2
1
aMMM −+ , MGMJca <= /
,
где J – полный угловой
момент черной дыры.
Квантовые гравитационные эффекты приводят также к кардинальной
перестройке внутреннего строения вращающихся или электрически
заряженных черных дыр под их горизонтом событий (при этом исчезают
т.н. Каши горизонты), к запрету на образование белых дыр во Вселенной и к
существованию нижнего предела массы у черной дыры (в том числе у
первичных черных дыр):
pl
mM > . Возможно, что при M~m
pl
возникают
объекты, промежуточные по своим свойствам между черной дырой и
элементарными частицами, например максимоны М. А. Маркова.
В настоящее время поиски анизотропии реликтового
электромагнитного излучения с мультипольной зависимостью или
излучения от первичных черных дыр (если они существуют) являются
наиболее, перспективными с точки зрения обнаружения первых
наблюдаемых следствий эффектов квантовой теории гравитации.
Эргосфера – область вблизи вращающихся компактных релятивистских
объектов (нейтронных звёзд или чёрных дыр), находящаяся внутри
поверхности бесконечного гравитационного красного смещения для
