В статье автор пытается установить взаимосвязи между теориями кваркового строения вещества, строения и эволюции звезд, на основе чего выдвигает гипотезу о строении черной дыры и следствиях.
Ключевые слова: черная дыра, странная материя, кварковая звезда.
В конце своей жизни звезда может эволюционировать в черную дыру, в белого карлика или нейтронную звезду. Если звезда будет достаточно массивной прежде, чем стать сверхновой, звездные останки образуют нейтронную звезду. Когда это происходит, звезда становится чрезвычайно горячей и плотной. Располагая такой материей и энергией, звезда пытается коллапсировать в себя и образовать сингулярность, но фермионные частицы — нейтроны — в центре подчиняются принципу Паули [5]. Согласно ему, нейтроны не могут быть сжаты до такого же квантового состояния, поэтому они отталкиваются от коллапсирующей материи, достигая равновесия.
Нейтронная звезда может оставаться в равновесии, но при увеличении давления звезды под собственной массой могут образовываться новые объекты. Так, при увеличении давления массы, нейтроны звезды распадаются на свои составляющие, верхние и нижние кварки [4], которые под высоким давлением и при высокой энергии могли бы существовать в свободном состоянии. Образуется кварковая звезда, если масса нейтронной звезды в районе верхнего предела: 2,3–2,8 массы Солнца.
Внутреннее содержимое кварковой звезды становится настолько экстремальным, что начинают меняться законы ядерной физики. Впоследствии приводит к образованию странной материи. В стандартной модели атома в ядре находятся протоны и нейтроны, которые состоят из кварков. Кварки не могут наблюдаться отдельно из-за явления конфаймента. Однако в кварковой звезде нейтронам приходится слишком плотно располагаться между собой. Нейтроны просто растворяются, остаётся сплошной кварковый «суп». В этом «супе» кварки и глюоны находятся в свободном состоянии. Среди стандартных кварков от нейтронов и протонов (верхние и нижние кварки) в таких условиях появляются странные кварки. Они тяжелее верхних и нижних, и «сильнее». Смесь верхних, нижних и странных кварков образует странную кварковую материю (СКМ), где на странный кварк, нижний и верхний приходится по трети от общего числа соответственно. Она настолько стабильна, что её никак нельзя уничтожить. Образование странной материи в звезде делает из нее странную звезду.
За счет высокой плотности материи «странные» звезды должны иметь меньшие размеры, нежели нейтронные звезды сопоставимой массы. К примеру, нейтронная звезда, массой в 1,2 массы Солнца, должна иметь диаметр около 15 километров. Звезда из «странной» материи, имеющая такую же массу, будет иметь размер менее от трети размера нейтронной звезды.
Черные дыры могут представлять собой звезды, состоящие из непривычных кварковых наборов, чем, соответственно, можно объяснить различные эффекты присущие черным дырам. Если рассмотреть нейтронную звезду близкую по массе к образованию чёрной дыры, учитывая наличие в ней странных кварков, то предположим, что получаемая черная дыра состоит из странной материи.
Расчёты проведем для случая Шварцшильда [3]. Возьмем нейтронную звезду PSR J0740+6620. Ее масса составляет 2,17 массы Солнца, а радиус от 25 до 30 километров.
1) Рассчитаем радиус горизонта событий образовавшейся черной дыры по формуле:
где G — гравитационная постоянная, равная
Радиус составляет 2964,4 метров.
2) Так как нейтроны состоят из двух нижних и одного верхнего кварка, а в странной материи странный, нижний и верхний кварки делятся 1:3, то найдем отношение масс данных структур. Приведем массы для кварков в таблице 1:
Таблица 1
Массы кварков
|
Символ |
Название |
Масса |
|
|
рус. |
англ. |
||
|
Первое поколение |
|||
|
d |
нижний |
down |
4,8±0,5 МэВ/c² |
|
u |
верхний |
up |
2,3±0,7 МэВ/c² |
|
Второе поколение |
|||
|
s |
странный |
strange |
95±5 МэВ/c² |
|
c |
очарованный |
charm (charmed) |
1275 ± 25 МэВ/c² |
|
Третье поколение |
|||
|
b |
прелестный |
beauty (bottom) |
4180 ± 30 МэВ/c² |
|
t |
истинный |
truth (top) |
174 340±650 МэВ/c² |
Тогда (d+u+s)/(d+d+u)
3) Принимая m=const, то изменяется радиус. Найдем новые радиусы для PSR J0740+6620.
Запишем результаты полученных радиусов в таблицу 2:
Таблица 2
Полученные радиусы
|
30 км |
34888 метров |
|
25 км |
2906 метров |
|
Радиус горизонта событий |
2964,4 метров |
Видно, что Радиус черной дыры лежит между полученными значениями для нейтронной звезды. Также, в соответствие с тем, что говорилось до расчетов, радиус звезды из странной материи, то есть полученной черной дыры, составляет меньше трети радиуса нейтронной звезды.
Можно сделать предположение о том, что истинный размер образуемых черных дыр либо равен радиусу горизонта событий, либо меньше его. Проиллюстрируем это на рис.1.
Рис. 1. Предполагаемое расположение горизонта событий черной дыры к истинному размеру черной дыры
Можно сделать выводы:
– Черная дыра представляет собой звезды, состоящие из странной материи и, возможно других сочетаний кварков.
– Истинный размер черной дыры либо равен горизонту событий, либо меньше его.
– Если истинный размер черной дыры меньше горизонта событий, то вторая космическая скорость у ее поверхности будет больше скорости света. Тогда скорость фотонов в данной точке приобретет большее значение, чем в вакууме, а также можно наблюдать частицы большие скорости света в вакууме.
– Искривление пространства времени представляет яму, из которой не может выбраться свет.
Литература:
- Jonathan, O'Callaghan Forget dark matter, STRANGE matter could be lurking somewhere in the universe — and there may be entire stars made of it / O'Callaghan Jonathan. — Текст: электронный // Mail Online Science&Tech: [сайт]. — URL: https://www.dailymail.co.uk/sciencetech/article-2903181/Forget-dark-matter-STRANGE-matter-lurking-universe-entire-stars-it.html (дата обращения: 20.05.2020).
- Борислав, Козловский Страпелька на Луне / Козловский Борислав. — Текст: электронный // РР / Наука: [сайт]. — URL: https://rusrep.ru/2009/14/strapelka/ (дата обращения: 20.05.2020).
- Главы | Шварцшильдовская черная дыра. — Текст: электронный // ПостНаука: [сайт]. — URL: https://postnauka.ru/longreads/98938 (дата обращения: 20.05.2020).
- Илья, Хель 10 странных теоретических звезд / Хель Илья. — Текст: электронный // Hi-News.ru: [сайт]. — URL: https://pikabu.ru/story/10_strannyikh_teoreticheskikh_zvezd_4417199 (дата обращения: 20.05.2020).
- Кварк. — Текст: электронный // Wikipedia: [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Кварк (дата обращения: 20.05.2020).
- Принцип Паули: один из важнейших принципов в понимании природы вещества. — Текст: электронный // Naked Science: [сайт]. — URL: https://naked--science-ru.turbopages.org/s/naked-science.ru/article/nakedscience/princip-pauli-odin-iz (дата обращения: 20.05.2020).
