Физические процессы в поле тяготения черной дыры

В эргосфере Ч.д. возможны процессы, приводящие к уменьшению энергии вращения Ч.д., т.е., как оказывается, Ч.д. может терять энергию. В том числе, когда в эргосферу влетае частица, имевшая вдалеке от Ч.д. энергию $varepsilon_1$ (включая энергию покоя), и распадается на 2 фрагменты, то распад может произойти т.о., что 1 частица упадет на Ч.д., а иная, относительно слегка увеличив собственную скорость в миг распада, перейдет на такую траекторию, что вылетит из эргосферы с гигантской скоростью. Эта скорость может гораздо превышать и первоначальную скорость подлета фрагменты к эргосфере, и величину перемены скорости при распаде. В итоге полная энергия вылетевшей фрагменты $varepsilon_2$ окажется более $varepsilon_1$. Избыток энергии $varepsilon_2-varepsilon_1$ черпается из энергии вращения Ч.д. Энергия вращения Ч.д. может уменьшаться к тому же при рассеянии эл.-магн. волн на Ч.д. Рассеянная волна при конкретных условиях может быть интенсивнее падающей. Потеря энергии вращения Ч.д. при распаде фрагменты в эргосфере достигает максимума, когда распад случается на горизонте. При том поверхность горизонта не изменяется. Во всех иных ситуациях поверхность горизонта несколько растет за счет энергии фрагменты, упавшей в Ч.д. Оказывается, что поверхность горизонта Ч.д. не уменьшается ни при каких процессах вообще (кроме медленного самопроизвольного квантового испарения Ч.д., о к-ром сообщается дальше). Напр., ч.д. смогут столкнуться и слиться в одну. Доля их энергии станет унесена при том за счет излучения гравитац. волн, однако горизонт возникшей Ч.д. станет по площади более, чем сумма площадей горизонтов первоначальных дыр. Ни при каких воздействиях (приливных и иных) Ч.д. не может разделиться на 2 или большее число Ч.д.

В эргосфере Ч.д. смогут протекать квантовые процессы рождения элементов. В сильном поле тяготения Ч.д. вакуум (предоставляет собою физ. поля в наинизшем энергетическом состоянии) не устойчив и из него смогут рождаться фрагменты и античастицы, в целом безмассовые: фотоны, нейтрино, гравитоны.

Рожденные фрагменты, улетая из эргесферы на бесконечность, уносят энергию Ч.д. Типичная частота $omega$ рождающихся фотонов по порядку величины равна $Omega$. Скорость утраты энергии вращения Ч.д. определяется соотношением:
$dvarepsilon_{вращ}/dt approx Hbaromega^2$.

Очень важно, что вакуум неустойчив в поле тяготения не только лишь вращающейся Ч.д., но еще и невращающейся. Это значит, что за счет квантовых процессов невращающаяся Ч.д. тоже теряет энергию, уменьшаются ее вес и размеры. Невращающаяся Ч.д. излучает как совершенно черное тело с темп-рой T=1011(1015/${mathfrak M}$) К, полная мощь эл.-магн. излучения L=1010(1015/${mathfrak M}$) эрг/с, а время существенного уменьшения многих Ч.д. $tauapprox 10^{10}({mathfrak M}/10^{15})^3$ лет, где ${mathfrak M}$ - значение многих Ч.д. в г. Приведенные соотношения показыввают, что квантовые процессы абсолютно ничтожны для Ч.д., возникших из небесных светил с массами ${mathfrak M}$ >1034 г. Хотя они существенны для маломассивных первичных Ч.д., к-рые имели возможность возникать на ранних стадиях расширения Мира.

По мере уменьшения многих Ч.д. мощь излучения обязана расти, и в конечном счете маленькая Ч.д. породит мощную вспышку жесткого гамма-излучения (заключительные 109 г Ч.д. излучает за,1 с, что подобно взрыву млн. мегатонных водородных бомб).

В настоящих условиях Мира ч.д., к-рые имели возможность появиться из небесных светил, все время увеличивают собственную массу за счет падения на них газа и излучения, в т.ч. и реликтового излучения Мира. Повышение многих Ч.д. при том впрочем как правило и мало, однако значительно превосходит утраты за счет квантового испарения.

Ч.д., возникшие в итоге коллапса крупных небесных светил, смогут вызывать собственным сильным гравитац. полем бурные процессы при падении в них газа. Подобные газовые потоки смогут существовать в особенности мощными, когда на Ч.д., входящую в состав тесной двойной звездной системы, газ перетекает от звезды-гиганта. Газ, нагретый при падении в поле тяготения Ч.д., дает рентг. излучение, и по этому излучению Ч.д. может оказаться найдена. Возможно, 1 ч.д. уже найдена подобным способом в рентг. источнике Лебедь Х-1.

Вероятно, что в центре ядер галактик и квазаров существуют сверхмассивные Ч.д., с весом до $10^8-10^9 {mathfrak M}_odot$, в поле тяготения к-рых протекают бурные процессы, являющиеся причиной активности ядер галактик и квазаров.

Лит.:
Зельдович Я.Б., Новиков И.Д., Теория тяготения и эволюция небесных светил, М., 1971; Мизнер Ч., Торн К., Уилер Дж., Гравитация, т. 3, пер. с англ., М., 1977; Фролов В.П., Вороные дырки и квантовые процессы в них, УФН, 1976, т. 118, в. 3, с. 473; Торн К., Поиск темных дыр, пер. с англ., там же, с. 453.