О возможном механизме образования черных дыр из звездных объектов с сильным магнитным полем

Новоселов Ю.И.

Объяснение физического феномена черных дыр, как следствия протекания процессов взаимодействия их фотонного излучения с магнитным полем уже было предложено ранее в статье (1). Предлагаемая гипотеза предполагает, что отсутствие излучения черных дыр обусловлено тем, что фотонное излучение ядра черной дыры вступает во взаимодействие с ее магнитным и исчезает в процессе рождения пар «частица-античастица».

Для проверки данной гипотезы необходимо провести расчеты величины энергии магнитного поля, необходимой для образования пар «частица-античастица» и сравнить полученный результат с имеющимися в доступных источниках параметрами известных звездных объектов, обладающих магнитным полем, с тем, чтобы выяснить, насколько возможно протекание процессов рождения пар в магнитном поле космических объектов.

Итак, допустим, что имеется космический объект с окружающим его магнитным полем, характеризуемым величиной магнитной индукции В. Для рождения пары частиц необходимо создать достаточную плотность энергии.

Плотность энергии магнитного поля определяется выражением:

; (1)

где: u - плотность энергии магнитного поля, Дж/м³;

B – магнитная индукция, Тл;

µ₀ -магнитная постоянная, 1,257·10^-6 Гн/м;

Следовательно, величина магнитной индукции, определяется выражением:

; (2)

Плотность энергии представляет собой отношение величины энергии, выделенной в некотором объеме к величине этого объема. Для случая рождения пары «электрон-позитрон» выражение будет иметь вид:

; (3)

где: Е_е – энергия, необходимая для рождения электрона, Дж;

V_e – характерный объем электрона, м³.

Величина характерного объема электрона требует отдельного обсуждения. В качестве отправного пункта рассуждений можно выбрать известное свойство электрона – курпускулярно-волновой дуализм. Поскольку электрон обладает и свойствами волны, то вполне оправдано было бы за величину, необходимую для определения характерного объема, взять характерную длину волны электрона. Для этого можно использовать выражение, связывающее энергию кванта и его частоту:

; (4)

где: Е – энергия кванта, Дж;

h – постоянная Планка, 6,626· 10^-34 Дж · с;

ν – частота, с^-1;

Отсюда:

;

Длина волны обратно пропорциональна частоте и определяется выражением:

; (5)

Подставляя в данную формулу выражение для ν, получим, применительно к случаю рождения пары

; (6)

Величина Е_е может быть определена из соотношения из Общей Теории Относительности, связывающего «релятивистскую» энергию и массу частицы:

Е_е = m_e · c²;(7)

Исходя из массы покоя электрона, равной m_e = 9,11· 10^-31 кг и скорости света c=3·10⁸ м/с, «релятивистская» энергия электрона Е_е = 8,2·10^-14 Дж.

При этом характерная длина волны электрона, согласно выражению (6), составит: λe = 1,21·10^-12 м, а характерный объем V_e = 1,77·10^-36 м³.

Плотность энергии магнитного поля, необходимая для рождения пары «электрон-позитрон», согласно выражению (3), составит u=9,27·10²² Дж/м³.

В соответствии с выражением (2) величина магнитной индукции, достаточная для рождения пар «электрон-позитрон» составит 4,82·10⁸ Тл.

Полученную величину интересно сравнить с данными открытых и имеющихся интернете источников, которые утверждают, что нейтронные звезды обладают магнитными полями с индукцией, превышающей величину 10⁸ Тл, а экзотический класс объектов, называемых магнетарами, имеют поля до 10¹³ Тл.

Таким, образом, полученная величина хорошо согласуется с данными расчетов других источников.

Необходимо заметить, что магнитное поле звездных объектов неоднородно, имеет значительные градиенты и поэтому при реализации условий для рождения пар «частица-античастица» во всей окружающей окрестности (по всему горизонту событий) величина магнитного поля в центральной части объекта может быть многократно больше.

В процессе рождения пар в сильном магнитном поле могут участвовать и фотоны излучения самого объекта, являясь своеобразными энергетическими добавками или «квантовыми флуктуациями». Такое участие приводит к исчезновению фотонов во взаимодействиях, что является причиной отсутствия фотонного излучения таких объектов для сторонних наблюдателей и возникновению феномена «черных дыр».

Таким образом, проведенные расчеты показывают, что процесс рождения пар «частица-античастица» может протекать в окрестностях звездных объектов, обладающих сильными магнитными полями и данный процесс может являться основой моделей, объясняющих существование такого класса объектов во Вселенной, как «черные дыры».

Источники:

1. VK. Группа «Физика космоса», «О фотонных взаимодействиях в магнитном поле черной дыры или почему черные дыры – черные».