Николай Иванович Шакура - Нейтронные звезды и «черные дыры» в двойных звездных системах

превы­
шающей некоторую критическую величину, не могут
находиться в устойчивом равновесии. Точное значение
этой критической массы зависит от уравнения состоя­
ния, которым описывается поведение вещества нейтрон­
ной звезды в условиях сверхплотного сжатия. В зави­
симости от этого уравнения критическая масса нейтрон­
ной звезды заключена в пределах значений от 1,5 до
3 Л1с (это ограничение задается общей теорией отно­
сительности).
Сила тяжести на поверхности нейтронной звезды в
десятки миллиардов раз превышает земное притяже­
ние. Вторая космическая скорость, необходимая для
преодоления каким-либо телом сил тяготения и его
ухода на «бесконечность» (в отсутствии других тел),
для нейтронной звезды порядка 100000 км/с, т. е. со­
ставляет треть скорости света. В таких условиях, как
хорошо известно, релятивистские эффекты становятся
существенными, и поэтому возникает строгое ограниче­
ние на критическую массу ’.
Что же произойдет со звездой, если ее масса в кон­
це эволюции превысит критическое для нейтронной
звезды значение и если на начальной стадии коллапса
к моменту достижений в ее центре ядерной плотности
она не выбросит излишек массы? Такая звезда под
действием всевозрастающих сил тяготения будет про­
должать сжиматься дальше. Как говорят, сжатие звез­
ды переходит в стадию релятивистского коллапса. Рас­
чет показывает, что никакие силы отталкивания, кото­
рые могли бы препятствовать сжатию, не способны
остановить процесс релятивистского коллапса, если ра­
диус звезды уменьшится до значения гравитационного
радиуса rg ~2GM/c1
2 (здесь G —постоянная гравитации,
М— масса звезды, с — скорость света). При этом ради­
кально меняются свойства пространства-времени в
1 Ввиду трудностей экспериментальной проверки общей тео­
рии относительности сейчас имеется целый ряд логически непро­
тиворечивых теорий тяготения. Следует заметить, что вывод о су­
ществовании у нейтронной звезды критической массы следует н из
других теорий (например, скалярно-тензорной теории). Ниже все
описание ведется в рамках обшей теории относительности или в
иерелятпвистском приближении — теории тяготения Ньютона.

6

окрестности релятивистски коллапсирующейся звезды:
силы гравитации все сильнее и сильнее искривляют его.
Релятивистский коллапс по-разному протекает для
наблюдателя, расположенного на достаточном удалении
от коллапсирующейся звезды, и для наблюдателя, ко­
торый «рискнул бы» оказаться вблизи ее поверхности
и начал бы двигаться к центру звезды вместе с падаю­
щим веществом. По часам этого обреченного на гибель
наблюдателя звезда за конечный отрезок времени до­
стигла бы гравитационного радиуса и продолжала бы
сжиматься далее. Согласно релятивистской теории тя­
готения бесконечно большая плотность в коллапсирую­
щейся звезде достигается за конечное время по часам
этого наблюдателя. Однако при сжатии звезды до плот­
ности ~ 1093 г/смэ становятся существенными кванто­
вые эффекты гравитации. Пока нет квантовой теории
тяготения, и поэтому, чем закончится коллапс для па­
дающего вещества, мы не знаем. Однако для наблюда­
теля, находящегося на достаточно безопасном расстоя­
нии от коллапсирующейся звезды, этот «пробел в зна­
ниях» не существен. Согласно общей теории относи­
тельности удаленный наблюдатель никогда не увидит
момента пересечения гравитационного радиуса поверх­
ностью звезды. Вследствие эффекта релятивистско о
замедления времени в сильном гравитационном по е
для такого наблюдателя звезда будет приближать я
к гравитационному радиусу бесконечно долго. Если на
поверхности звезды имеется какой-нибудь периодиче­
ский источник сигналов, то с приближением поверхно­
сти к гравитационному радиусу промежутки между при­
нимаемыми сигналами для удаленного наблюдателя
будут все время увеличиваться. Наконец, наступит мо­
мент ’, когда время, требуемое для прихода очередного
сигнала, станет бесконечно большим. При этом яркость
звезды, воспринимаемая удаленным наблюдателем, бу­
дет падать. Из фиолетовой звезда станет красной, а за­
тем инфракрасной, а потом и вовсе погаснет. Хотя она
будет по-прежнему излучать энергию, однако поле тя­
готения станет столь сильным, что траектории фотонов
будут заворачиваться обратно к --">