Тёмная звезда — гипотетический астрономический объект , обладающий такой массой , что для него вторая космическая скорость равна скорости света или превышает её, но при этом описываемый ещё в рамках ньютоновской механики . Любое излучение с поверхности этого объекта в силу величины второй космической скорости оказывается в «ловушке», и, таким образом, этот объект является «тёмным», то есть неразличимым в каком-либо диапазоне, в связи с чем и возникло название. В отличие от чёрных дыр , тёмные звёзды считаются достаточно стабильными (не склонными к гравитационному коллапсу )

История исследований тёмных звёзд

Концепция Джона Мичелла

Первое теоретическое обоснование существования тёмных звёзд выдвинул английский священник и астроном Джон Мичелл в письме Генри Кавендишу 1783 года (опубликовано Лондонским Королевским обществом в 1784) . Мичелл подсчитал, что когда вторая космическая скорость на поверхности звезды будет равна скорости света или больше неё, излучаемый этим небесным телом свет окажется в гравитационной ловушке, и такие звёзды станут недоступны для наблюдения.

Идея Мичелла для расчёта количества таких «невидимых» звёзд предвосхитила работу астрономов XX века: он предположил, что в определённом количестве двойных звезд один из компонентов может быть как раз «тёмной звездой», и зная массу двойных звёзд, можно вычислить местонахождение невидимых компонентов. Это позволило бы обеспечить статистическую основу для расчёта количества других разновидностей невидимого звёздного вещества, которые могут присутствовать в звёздных системах.

Тёмные звезды и гравитационные сдвиги

Мичелл также предположил, что будущие астрономы могли бы определить силу тяжести на поверхности звезды, отследив, насколько свет звезды смещён к концу спектра , предвосхитив соображения А.Эйнштейна о гравитационном смещении 1911 года. При этом предсказания Мичелла в отношении направления спектрального сдвига были ошибочны (он ссылался на работы И.Ньютона , который полагал, что более массивные частицы связаны с бо́льшими длинами волн).

Лаплас и тёмные звезды

В 1796 году французский математик и астроном Пьер-Симон Лаплас независимо от Мичелла высказал ту же идею о тёмных звёздах в своём труде «Изложение системы мира». Впрочем, из более поздних изданий книги идея тёмных звёзд была удалена; по-видимому, в связи с развитием волновой теории света , согласно которой свет считался волной, не имеющей массы и, следовательно, не зависящей от силы гравитации .

Косвенные излучения

У тёмных звёзд, как и у чёрных дыр , вторая космическая скорость равна скорости света или больше неё, а критический радиус R ≤ 2M. Тем не менее тёмная звезда способна испускать косвенное излучение — внешнее излучение и космические частицы могут достигать критической поверхности r = 2M и за её пределами взаимодействовать с другими частицами или получать ускорение от случайной встречи с другими объектами. Тёмная звезда, таким образом, формирует вокруг себя разрежённую атмосферу «частиц-посетителей», и этот призрачный ореол может излучать свет, хотя и слабый.

Сравнение с чёрными дырами

Радиационные эффекты

Чёрные дыры, согласно современным представлениям, способны испускать излучение другого рода, нежели тёмные звезды, — излучение Хокинга , предсказанное в 1974 году . Косвенное излучение, испускаемое тёмной звездой, зависит от её состава и структуры; излучение Хокинга, согласно теореме об отсутствии волос , зависит только от массы чёрной дыры, её заряда и момента импульса , хотя информационный парадокс подвергает это сомнению.

Эффекты искривления света

Аппарат ньютоновской механики описывает величину гравитационного отклонения света ( Ньютон , Кавендиш , Зольднер ), в то время как общая теория относительности предсказывает эту величину вдвое большей. Разницу можно объяснить дополнительным вкладом кривизны пространства-времени в современных теориях: в то время как ньютоновская гравитация аналогична пространственно-временной компоненте тензора кривизны общей теории относительности, тензор кривизны также содержит чисто пространственные компоненты, и обе формы кривизны вносят вклад в общее отклонение.

См. также

• Чёрная дыра
• Q-звезда

Примечания

Литература

• Spolyar, Douglas; Freese, Katherine; Gondolo, Paolo. Dark Matter and the First Stars: A New Phase of Stellar Evolution (англ.) // Physical Review Letters : journal. — 2008. — Vol. 100 , no. 5 . — P. 051101 . — doi : . — Bibcode : . — arXiv : .
• Katherine Freese, Paolo Gondolo, and Douglas Spolyar «The Effect of Dark Matter on the First Stars: A New Phase of Stellar Evolution», Proceedings of First Stars III, Santa Fe, New Mexico, 16-20 July (2007).
• Michell, John (1784), , Philosophical Transactions of the Royal Society of London (англ.) , The Royal Society, 74 : 35—57, Bibcode : , ISSN
• «John Michell and black holes», Journal for the History of Astronomy 10 42-43 (1979)
• Gary Gibbons, «The man who invented black holes [his work emerges out of the dark after two centuries]», New Scientist , 28 June pp. 1101 (1979)
• J Eisenstaedt, «De L’influence de la gravitation sur la propagation de la lumière en théorie Newtonienne. L’archéologie des trous noirs», Arch. Hist. Exact Sci. 42 315—386 (1991)
• Werner Israel, «Dark stars: The evolution of an idea», pages 199—276 of Hawking and Israel (eds) Three hundred years of gravitation (1987)
• Thorne, Kip , , W. W. Norton & Company; Reprint edition, January 1, 1995, ISBN 0-393-31276-3 .

Especially Chapter 3 «Black holes discovered and rejected».

• Maggie McKee, «Universe’s first stars may have been dark», New Scientist , 3 December (2007)