Публикация научных статей.
Вход на сайт
E-mail:
Пароль:
Запомнить
Регистрация/
Забыли пароль?

Научные направления

Поделиться:
Разделы: Астрономия, Физика, За горизонтом современной науки
Размещена 31.05.2024. Последняя правка: 06.06.2024.
Просмотров - 393

Экспоненциальный рост первичных черных дыр в ранней Вселенной

Кошкин Юрий Александрович

-

Начальник КБ спецтехники

-

Аннотация:
В статье проведён численный анализ факторов, предположительно действующих на ранней стадии развития Вселенной, когда в ней доминировало излучение. Ориентировочные расчёты показывают, что скорость роста чёрных дыр в этот период была в десятки тысяч раз выше скорости их роста в "вещественной" Вселенной. Образование массивных черных дыр уже к началу возникновения барионного вещества позволило им стать мощными центрами гравитационного притяжения. Это способствовало значительному ускорению "стягивания" барионного вещества в будущие звёзды и явилась определяющим фактором в процессе формирования и эволюции галактик. Также, наличие огромных черных дыр в пока ещё небольшой по размеру Вселенной, многократно увеличивало вероятность их слияния. Вполне возможно, что в обнаруженном недавно необычно высоком фоне наногерцовых гравитационных волн, есть и большая доля реликтовых волн от этих слияний.


Abstract:
The article conducted a numerical analysis of factors, presumably operating at the early stage of the development of the universe, when the radiation dominated it. Estimated calculations showed that the growth rate of black holes during this period was ten thousand times higher than their growth rate in the "material" universe. The formation of massive black holes, by the beginning of the emergence of a baronal substance, allowed them to become powerful centers of gravitational attraction. This contributed to a significant acceleration of the “tightening” of the bario wrestle in future stars and was a determining factor in the process of formation and evolution of galaxies.


Ключевые слова:
первичная чёрная дыра; галактика; Вселенная; пространство; излучение

Keywords:
primary black hole; galaxy; Universe; space; radiation


УДК 53.02

1 Введение

Проблематичность образования сверхмассивных черных дыр (СЧД) стала очевидной после того, как телескопом JWST были обнаружены в ранней Вселенной многочисленные квазары, то есть области пространства вокруг огромных чёрных дыр, наполненные веществом, ещё не вошедшим в стадию звёздообразования. По существующим до настоящего времени представлениям возникновение СЧД происходит только в результате гравитационного коллапса с дальнейшим ростом новообразованной черной дыры путём поглощения окружающего её вещества. Очевидно, что этот процесс является очень длительным, так как необходимо после образования барионного вещества пройти ещё ряд продолжительных стадий, таких как медленное “стягивание” этого вещества в достаточно плотные сгустки, рождение и выгорание звёзд, коллапсирование последних с последующим поглощением обособленного на большие расстояния вещества (звёзд, газовых облаков и пр.). Поэтому таким процессом объяснить появление СЧД уже в ранней Вселенной очень сложно.

В связи с этим не случайно, что приоритетной гипотезой объяснения образования СЧД, по заявлению академика РАН и научного руководителя ГАИШ г-на Черепащука А.М., становится гипотеза их возникновения из первичных черных дыр, образовавшихся в результате деформации пространства ещё до возникновения барионного вещества [1]. Данная гипотеза была предложена в статье [2]. В частности, в той статье, опубликованной ещё за полтора года до запуска телескопа JWST, было обосновано предположение, что именно на расстояниях, сопоставимых с ранней Вселенной будут всё чаще обнаруживаться гигантские чёрные дыры (квазары). На тот момент времени это полностью противоречило существующим представлениям о темпах эволюции Вселенной.

2 Актуальность

Изучение объектов в ранней стадии развития Вселенной, таких как черные дыры, актуально для понимания её природы в целом.

3 Цель

Целью данной статьи является оценка скорости роста первичных черных дыр в ранней стадии развития Вселенной, когда излучение доминировало над веществом.

4 Научная новизна

Всё, что связано с периодом рождения Вселенной в результате Большого взрыва и её дальнейшего развития в последующие мгновения после этого события носит пока что только гипотетический характер. Никаких достоверных наблюдательных свидетельств из этой области сейчас получить не удаётся. Также пока невозможно экспериментально проверить многие теоретические и расчётные выводы, а также следствия из них. Однако наработанный академический материал, основанный на знании протекания термоядерных реакций, понимания процессов нуклеосинтеза и пр. выглядит достаточно обоснованным для его использования.

В контексте темы статьи, в догалактической эволюции Вселенной представляет особый интерес кратковременная стадия, в которой излучение доминировало над веществом. То есть, с момента времени (~ 0,1…1) секунд после Большого взрыва [3], когда произошло отделение нейтрино и Вселенная стала для неё прозрачной, и до начала эры вещества (~ 70 тысяч лет), когда последнее начало постепенно преобладать над излучением. 

На мой взгляд, именно в этот период времени скорость роста черных дыр многократно (в тысячи, а возможно и в десятки тысяч раз) превосходила их скорость роста на последующих стадиях развития Вселенной, т.е. уже на этапе её “вещественности”. Стремительный рост главным образом был связан с поглощением нейтрино. Никаких ограничений по скорости их слияния с чёрной дырой не существовало (типа предела Эддингтона), количественно нейтрино составляли в то время около 10% от общей массы Вселенной [4] и со скоростью света были способны в кратчайшее время достигать черную дыру с огромных расстояний. В следующем разделе попробую дать численную оценку этого предположения.  

Гипотезу и её научную новизну сформулирую следующим образом – скорость роста первичных чёрных дыр на этапе доминирования излучения над веществом, т.е. в “радиационной” Вселенной, была многократно (в тысячи или десятки тысяч раз) выше скорости роста чёрных дыр в “вещественной” Вселенной.

5 Расчёты, обоснование и пояснения

Примем, что через одну секунду после Большого взрыва произошло отделение нейтрино и Вселенная стала для неё прозрачной. В этот момент времени средняя плотность вещества (первичной плазмы, фотонов и нейтрино) составляла приблизительно величину 5 на десять в восьмой степени кг на кубический метр. Из них 5 на десять в седьмой степени кг приходилось на нейтрино.

Рассмотрим промежуток времени, начинающийся с первой секунды от Большого взрыва и заканчивающийся второй секундой. В это время, в окружающей первичную черную дыру шарообразной области пространства, радиусом в одну световую секунду, будут находиться нейтрино общей массой М=1,8 на десять в 33 степени кг. Все эти нейтрино теоретически (потенциально) могут за одну или менее секунду достигнуть первичную чёрную дыру, находящуюся в центре этого шара. Разумеется, что только крайне незначительная часть из них это осуществит, а подавляющее большинство попросту пролетит мимо. Оценим, сколько же всё-таки попадёт.

Пускай радиус первичной черной дыры составляет 2950 метров, что приблизительно эквивалентно одной массе Солнца. Примем, что вероятность “разлёта” нейтрино во всех направлениях одинаковая и не зависит от притягивающегося гравитационного воздействия черной дыры, а также не будем учитывать воздействия этого притяжения на окружающее черную дыру материю. Очевидно, что чем ближе нейтрино находится к чёрной дыре, тем выше вероятность того, что она в неё попадёт, и наоборот. Численно эта вероятность  с достаточной точностью выражается отношением площади сечения черной дыры (ЧД) к площади, которую она не “перекрывает” и где нейтрино сможет свободно пролететь, не попадая в ЧД.

Для наглядности представим источник нейтрино, находящийся на расстоянии одной световой секунды от центра чёрной дыры. Общая площадь сферы, которую может пересечь нейтрино через секунду, составляет S1=1,13 на десять в восемнадцатой степени кв. метров. Площадь перекрытия черной дырой S2=2,73 на десять в седьмой степени кв. метров. Если определить отношение S2 к S1, то получим величину 2,4 на десять в минус одиннадцатой степени. Это означает, что в среднем только около 24 нейтрино из каждого триллиона, излучаемого из этого места, попадут в черную дыру, а остальные пролетят мимо неё.

Однако очевидно, что чем ближе источник нейтрино будет к черной дыре, тем большее количество его нейтрино будет в неё попадать. Для точки, находящейся на расстоянии одной десятой световой секунды от черной дыры, соотношение площадей составит 2,4 на 10 в минус 9 степени. То есть в этом случае уже 2400 нейтрино из триллиона попадёт в чёрную дыру, причём за время не в одну секунду, а всего лишь за её десятую часть. Суммарно за секунду будет 24 тысячи нейтрино.  Соответственно, из точки, находящейся на расстоянии в одну сотую световую секунду, в чёрную дыру попадёт уже 2400 нейтрино из каждого миллиарда и.т.д.

Если рассчитать среднее значение в интервале расстояний от 2950 до 299.792.458 метра (одной световой секунды), то оно составит 3,8 на десять в минус одиннадцатой степени. Это означает, что за первую секунду в чёрную дыру вышеуказанного размера (радиусом 2950 метров) попадёт нейтрино общей массой 2,17 на десять в двадцать третьей степени кг, что эквивалентно 0,000000137 массы Солнца.

Здесь следует отметить, что экстраполировать этот первоначальный прирост на последующие секунды и часы будет неправильно. Для точности расчёта необходимо каждый раз учитывать изменение начальных условий (удельной плотности нейтрино и диаметра черной дыры) или попытаться эти изменения предусмотреть в математической модели.

Проведём учёт двух вышеприведённых факторов – уменьшения удельной плотности нейтрино вследствие расширения пространства Вселенной и увеличения диаметра ЧД. Очевидно, что первый фактор негативно влияет на скорость роста ЧД, второй этому росту способствует.

Как было ранее сказано, удельная плотность нейтрино после истечения одной секунды после Большого взрыва составляла 5 на 10 в седьмой степени кг на кубический метр. К этому времени инфляционная эпоха Вселенной закончилась с экспоненциальным увеличением её радиуса приблизительно до 4,3 на десять в четыпнадцатой степени метров. Для такого размера, если я правильно понимаю формулу Хаббла, следует, что дальнейшая скорость расширения пространства Вселенной составляла лишь ~ 0,2 м/сек. Возможно, и скорей всего это так, что закон Хаббла нельзя применить для рассматриваемого случая. Но даже, если допустить, что пространство будет расширяться не с такой маленькой скоростью, а со скоростью, например, 100 м/сек, то и тогда величина плотности будет уменьшаться за каждую секунду на десятые доли кг (при первоначальной величине 50000000 кг).  Поэтому очевидно, что первым фактором можно полностью пренебречь при рассмотрении процессов, протекающих в течении часов или суток.

Второй фактор значительно более существенен. Даже незначительная прибавка массы увеличивает размер черной дыры, что позволяет ей “улавливать” больше нейтрино. Так, через сутки масса первичной ЧД возрастает до 1,012 солнечных масс, при этом её радиус увеличивается с 2950 до 2985 метров. Если повторить ранее проведённый расчёт, но с величиной радиуса 2985 метров, то за первую секунду вторых суток масса ЧД увеличится на 0,00000141 солнечных масс. А в целом за первый месяц чёрная дыра “потяжелеет” на 0,86 массы Солнца.

Какой оптимальный исходный размер диаметра первичной ЧД (метры, миллиметры, микроны и пр.) принять для математической модели и её компьютерного симулирования, чтобы произошло хорошее сопоставление с наблюдательными данными, пока неясно. Предположительно начальный размер большинства возникающих первичных чёрных дыр составляет доли микрона.

Несмотря на то, что исходные данные (величина удельной плотности нейтрино и её зависимость от времени, размеры Вселенной, скорость расширения последней и пр.) пока достоверно не подтверждены, в целом представленные оценочные расчёты дают серьёзные основания полагать о крайне высокой скорости роста первичных чёрных дыр на начальном, “радиационном” этапе развития Вселенной.  Эта скорость в тысячи, или даже в десятки тысяч раз, могла превосходить скорость роста черных дыр в “вещественной” Вселенной, где поглощение вещества сталкивается с большими затруднениями из-за возникновения аккреционного диска и джетов. Перечисленные явления учитываются в пределе светимости (поглощения) Эддингтона, который вводит ограничения на максимально возможную скорость аккреции в зависимости от массы объекта. Отметим, что эти ограничения касаются только поглощения вещества и не распространяются на поглощение излучения или слияние ЧД. Хотя нельзя полностью исключить того, что и для поглощения излучений (нейтрино и фотонов) выявятся впоследствии какие-то ограничения.

В качестве сравнения скоростей роста можно привести следующий пример. В “вещественной” Вселенной самой быстрорастущей черной дырой считается дыра в квазаре JO529-4351. Её масса оценивается в 17 миллиардов масс Солнца, а скорость роста приблизительно в одну массу Солнца в сутки. У черных дыр звёздных масс скорости роста соответственно в сотни тысяч или в миллионы раз меньше.

6 Выводы

На основании изложенного, можно сделать вывод о том, что при доминировании излучения над веществом скорость роста первичных черных дыр была значительно (на несколько порядков) выше, чем на стадии “вещественной” Вселенной. Это обусловлено как очень высокой существующей в то время плотностью материи, окружающей черную дыру, так и, что значительно важнее, большей доступностью процесса её поглощения.

В случае подтверждения данной гипотезы она позволит ответить на принципиально важные вопросы, сформулированные, например, в статье учёных из Чикагского университета [5] – почему квазары в столь сжатые сроки стали такими массивными и почему в последующие 13 млрд лет темпы их роста резко замедлились?

Также не стоит недооценивать фактора слияния ЧД (не исключая и множественных случаев таких слияний), вероятность которых была достаточна высока в ещё не расширившейся Вселенной. Такие слияния, кроме роста ЧД, также могли способствовать повышению существующего в настоящее время в космическом пространстве необычно интенсивного фона наногерцовых гравитационных волн.

7 Заключение

Стремительный рост первичных черных дыр за счёт доступного поглощения нейтрино, а при будущем высвобождении из первичной плазмы ещё и многочисленных фотонов, позволяет им достигнуть очень значительных размеров уже в первые десятки тысяч лет после Большого взрыва. Что создаёт хорошие предпосылки для превращения их в дальнейшем в “молодые” СЧД миллиардных солнечных масс, существование которых не поддаётся убедительному объяснению, имеющимися на данный момент времени представлениями.

Более того, как это сейчас не прозвучит парадоксально, но вполне возможно, что большую часть своей многомиллиардной массы будущие сверхмассивные чёрные дыры набирали уже в первые сотни тысяч лет, когда во Вселенной главенствующую роль играло излучение. А в “вещественной” и структурированной Вселенной скорость их роста уменьшалась на несколько порядков и существенного прибавления их массы уже не происходило.    

Образование СЧД на раннем этапе развития Вселенной позволяет им стать “зародышами” будущих галактик [6]. Наличие в центрах подавляющего большинства звёздных структур сверхмассивных черных дыр свидетельствует в пользу предположения об определяющей роли последних в процессе образования и формирования галактик.

Библиографический список:

1. Черепащук А.М. Современные проблемы астрономии 2024. [Электронный ресурс] // YOUTUBE.COM.2024 URL: https://www.youtube.com/watch?v=6PyDp4_IHd0 (дата обращения 14.05.2024);
2. Кошкин Ю.А. Возможно ли образование черных дыр без коллапса? [Электронный ресурс] //SCI-ARTICLE.RU, 2024 URL: https://sci-article.ru/stat.php?i=1619411622 (дата обращения 14.05.2024);
3. Исханов Б.С., Капитонов И.М., Тутынь И.А. Нуклеосинтез во Вселенной [Электронный ресурс] URL: http://nuclphys.sinp.msu.ru/nuclsynt/n13.htm (дата обращения 14.05.2024);
4. Сурдин В.Г. Рождение звёзд и галактик. 20.12.2023 «Трибуна ученого» [Электронный ресурс] // URL: https://www.youtube.com/watch?v=FSZpWkdDk3Y&t=3266s (дата обращения 14.05.2024);
5. Hooper D, Ireland A, Krnjaic G, Stebbins A. Supermassive Primordial Black Holes From Inflation [Электронный ресурс] // URL: https://arxiv.org/pdf/2308.00756 (дата обращения 14.05.2024);
6. Кошкин Ю.А. Гипотеза о возможности образования больших галактик уже в ранней Вселенной [Электронный ресурс] // SCI-ARTICLE.RU, 2024. URL: https://sci-article.ru/stat.php?i=1713013254 (дата обращения 14.05.2024).




Рецензии:

1.06.2024, 10:34 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Автор в актуальности пишет - "Изучение объектов в ранней стадии развития Вселенной, таких как черные дыры, актуально для понимания её природы в целом". Однако, черные дыры — это небесные объекты, предсказанные немецким физиком и астроном Карлом Шварцшильдом использовавший ОТО Эйнштейна. Хотя за прошедшие годы было обнаружено множество астрономических явлений, подтверждающих существование черных дыр, в описании Шварцшильда есть некоторые недостатки, которые остаются нерешенными. Одним недостатков является существование «сингулярности», когда гравитационное поле и плотность становится бесконечным в центре черной дыры, чего не должно существовать, поэтому теория считается неверной или неполной. В качестве альтернативы сингулярным черным дырам была изобретена так называемая «гравитационно-вакуумная звезда» или Гравастар. Подобно черным дырам, гравастеры рождаются из массивных объектов, которые в конечном итоге разрушаются, когда излучаемая ими энергия больше не может преодолевать гравитацию. Считается, что вместо сингулярности, такой как черная дыра, гравастер имеет тонкую сферическую оболочку, стабильность которой поддерживается темной энергией. Новейшие исследования предполагают, что Гравастеры могут заменить черные дыры, но эта теория нуждается в подтверждении дальнейшими наблюдениями [https://gigazine.net/gsc_news/en/20240521-black-hole-gravastar/].

04.06.2024 19:19 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! В статье подчёркнуто, что первичные черные дыры не образуются из массивных объектов, а возникают в результате деформации пространства ещё до возникновения барионного вещества. По существующей модели эволюции Вселенной никаких массивных объектов в её ранней стадии не могло быть. Поэтому, чтобы придумывать появление фантазийных "Гравастаров" на этой стадии, надо вначале пояснить, откуда смогли взяться в это время массивные объекты. Варианты со "стягиванием" барионного вещества в течение сотен миллионов лет в сгустки, из которых были способны рождаться звёзды, которые затем смогли превратиться в "Гравастары", не укладываются по времени. Или Вам известен какой-то другой вариант? То, что теория черных дыр неполна и в ней имеются неясные моменты, совсем не свидетельствует об её ошибочности и не отменяет актуальности исследований таких объектов.

6.06.2024, 8:33 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Уважаемый Юрий Александрович, в статье вы приводите термин "абсорбцию излучения". Однако, адсорбция — это процесс увеличения концентрации одного вещества на поверхности другого, то есть адсорбция - это поверхностное поглощение одного вещества другим веществом. Если поглощение объемное (газ или жидкость поглощается и распространяется по всему объему поглощающего тела), то это называется абсорбцией. Абсорбция наблюдается при растворении газа в жидкости и адсорбция и абсорбция могут протекать в одной и той же системе одновременно. Виды адсорбции: • Физическая адсорбция характеризуется взаимодействием между молекулами адсорбата и адсорбента, вызванная силами Ван-дер-Ваальса. Обратный процесс адсорбции называется десорбцией. • Химическая адсорбция или хемосорбция возникает вследствие химической реакции, в результате которой образовывается новое необратимое вещество - [https://profiminer.ru/term/adsorbciya/]. Астрономы используют фундаментальные законы физики, чтобы понять основную историю формирования галактик. Ранняя Вселенная была заполнена в основном водородом, гелием и темной материей, причем некоторые области были немного плотнее других. Эти плотные области в конечном итоге разрушились, позволив водороду и гелию накопиться в сгустках темной материи, циркулирующей в космосе, и образовать первые звезды и галактики - https://hubblesite.org/science/galaxies.
06.06.2024 11:11 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Соглашусь с Вами, что термин "абсорбция" в контексте описания взаимодействия нейтрино с чёрной дырой применён неудачно. Это взаимодействие является простым поглощением и соответствующее изменение внесу при корректировке статьи. Также согласен с фразой, что "Астрономы используют фундаментальные законы физики, чтобы понять основную историю формирования галактик". При этом им приходится выдвигать различные гипотезы, например о возможности существования мифических субстанций типа "тёмной материи или тёмной энергии". В статье предложена иная точка зрения на эволюцию Вселенной, позволяющая объяснить образование массивных объектов и больших галактик уже в ранней Вселенной. Хотелось бы от Вас услышать, почему введение мифических субстанций (существование которых ничем пока не подтверждается) не противоречит фундаментальным законам физики, а моя гипотеза этим законам противоречит. Только желательно конкретно. Быть может мнение академика РАН Черепащука о возможности образования первичных черных дыр в результате деформации пространства ещё до возникновения барионного вещества для Вас не является авторитетным и у Вас есть неопровержимые аргументы, способные это оспорить? Или Вы отрицаете существование значительного количества нейтрино в радиационной "Вселенной", а в моих расчётах по их поглощению Вы увидели ошибки? Хотелось бы получить ответы на эти конкретные вопросы и, предпочтительно, в рамках темы статьи, без ссылок на гипотетические объекты типа "Гравастаров", "тёмной материи", вытекающей из чёрных дыр и прочей фантазии из различных литературных источников.

6.06.2024, 13:41 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Уважаемый Юрий Александрович, "В настоящее время решение проблемы поиска черных дыр поставлено на прочный наблюдательный базис, и число обнаруженных компактных объектов постоянно растет. Особо подчеркнем: из наблюдений следует, что все необходимые условия, накладываемые общей теорией относительности Эйнштейна на проявления черных дыр, выполняются. Это сильно укрепляет нашу уверенность в реальном существовании таких объектов во Вселенной" - из работы [А. М. Черепащук. ПОИСКИ ЧЕРНЫХ ДЫР. ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК том 74, № 6, с. 488-506 (2004)]. В работе [Shalyt-Margolin AE. Some aspects of primary black holes in the early Universe and inflationary cosmology. Journal of the Belarusian State University. Physics. 2023;2:74–81] показано, что первичные черные дыры могут возникнуть в ранней Вселенной независимо от того, какой космологический сценарий ее расширения (инфляционный, циклический или другой) реализуется. Однако само существование данных объектов может изменить основные параметры вышеуказанного сценария, если они возникают до начала его осуществления, т.е. в первые мгновения после Большого взрыва. В чем же научная новизна вашей статьи?
06.06.2024 16:16 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Научная новизна гипотезы изложена в соответствующем разделе статьи, а именно "Гипотезу и её научную новизну сформулирую следующим образом – скорость роста первичных чёрных дыр на этапе доминирования излучения над веществом, т.е. в “радиационной” Вселенной, была многократно (в тысячи или десятки тысяч раз) выше скорости роста чёрных дыр в “вещественной” Вселенной". Это позволяет объяснить появление квазаров и больших галактик уже в ранней Вселенной и др. Более подробно последствия описаны в разделах "Выводы" и "Заключение".

6.06.2024, 19:03 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Современная теория предполагает, что в начале Вселенной, после Большого взрыва, атомы были слишком далеки друг от друга, чтобы взаимодействовать и образовывать звезды и галактики. Рождение звезд и галактик произошло в эпоху реионизации, примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва. В первые несколько минут после Большого взрыва температура была настолько высокой, что уже имелось достаточно энергии для запуска ядерных реакций и этот процесс, известный как первобытный нуклеосинтез, привел к образованию преимущественно ядер водорода и гелия. Водород был самым распространенным элементом в то время (около 75% материи в первозданной Вселенной). Гелий составлял около 25% этой материи, а следы других легких элементов (литий), составляли менее 1%. Позже, по мере охлаждения и расширения Вселенной, этот газ начал конденсироваться и образовывать облака материи. Когда эти облака гравитационно разрушились, возникли более плотные области, давшие начало первым звездам и галактикам. Эти первые звезды были гораздо массивнее современных звезд. Энергии фотонов было достаточно, чтобы вырвать электроны из нейтральных атомов водорода или гелия. Когда электрон вырывается из атома, он становится положительно заряженным, образуя положительный ион. Атом без электрона становится отрицательным ионом. Этот процесс ионизации нейтрального газа излучением первых звезд и галактик известен как реионизация. Затем, по мере образования и гибели звезд, Вселенная становилась все более ионизированной. К концу эпохи реионизации большая часть Вселенной стала окончательно прозрачной для фотонов. Это был ключевой период в нашей истории, поскольку он оказал значительное влияние на то, как свет и другие формы излучения распространяются во Вселенной сегодня. Этот переход произошел на ранних этапах истории Вселенной после Большого взрыва. Источник: New-Science.ru https://new-science.ru/vselennaya-chto-takoe-epoha-reionizacii/. Автор в заключение данной статьи дает ссылку на собственную статью [6], тогда как есть гипотеза, связанная с идеей первичных черных дыр, которые, как предполагается, возникли в результате самого Большого взрыва. Их иногда предлагают в качестве возможного объяснения темной материи, и обычно предполагается, что они имели довольно малый размер и они могли стать основными семенами, из которых выросли современные сверхмассивные черные дыры - https://www.space.com/supermassive-black-hole.
07.06.2024 7:07 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Неужели обширное цитирование устаревшей статьи из Википедии может явиться заменой рецензии на представленную гипотезу экспоненциального роста ЧД в ранней Вселенной? В цитированной статье скорость роста ЧД ни на одном из этапов развития Вселенной даже не рассматривается. А то, что статья несколько устарела свидетельствует выдержка из неё"...Рождение звезд и галактик произошло в эпоху реионизации, примерно через 400 миллионов лет после Большого взрыва ...", тогда как в настоящее время телескопом JWST обнаружено существование галактик возрастом около 300 млн лет. В частности, гипотеза автора даёт объяснение и этой аномалии. Поэтому хочется, чтобы рецензент конкретно оценил новизну и не противоречивость именно гипотезы экспоненциального роста ЧД в ранней Вселенной, а не какие-то сопутствующие моменты.

7.06.2024, 10:11 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Квазар, известный как J0529-435 (а не как утверждает автор J0529-4351), был впервые обнаружен с помощью 2,3-метрового телескопа в обсерватории ANU Siding Spring вблизи Кунабарабрана в Новом Южном Уэльсе. Затем исследовательская группа обратилась к одному из крупнейших в мире телескопов — Очень Большому Телескопу Европейской Южной Обсерватории — чтобы подтвердить полную природу черной дыры и измерить ее массу. Масса и вращение — единственные вещи, которые можем измерить, все остальное неизвестно. Авторы исследовательской работы предположили, что черная дыра в центре квазара J0529-435 накапливалась вблизи предполагаемого верхнего предела массы звезды или аккреционного диска - https://www.abc.net.au/news/2024-02-20/act-fastest-growing-black-hole-recorded-discovered-anu-research/103486262. Автор данной статьи пишет, что "Стремительный рост первичных черных дыр за счёт доступного поглощения нейтрино", тогда как черные дыры растут в массе, захватывая близлежащий материал, а не нейтрино. Нейтрино - это фундаментальные частицы, лептоны, не имеющие заряда и обладающие крайне малой массой. Нейтрино очень тяжело экспериментально изучать. Они свободно проходят через все преграды. Чтобы остановить нейтрино, нужно построить стенку, например, из свинца, шириной от Солнца до следующей звезды - https://strana-rosatom.ru/2019/12/04/neulovimye-nejtrino/.
07.06.2024 12:12 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Ваше утверждение, что "... черные дыры растут в массе, захватывая близлежащий материал, а не нейтрино ...", неточно. Рост черных дыр происходит при попадании в неё любых молекул, атомов, а также любых частиц, в том числе фотонов, нейтрино и пр. Неважно, что масса у каждого отдельного нейтрино незначительна. Рост будет зависеть от суммарной массы поглощаемых нейтрино, а в ранней Вселенной их доля составляла около 10 процентов от общей массы Вселенной и стремительный рост был в основном с этим связан. Я уже выражал надежду, что Вы при написании рецензии обратите основное внимание на суть гипотезы, а не сопутствующие, непосредственно не относящиеся к ней, детали. Какое отношение к представленной гипотезе имеет подробное рассмотрение в рецензии истории исследования квазара J0529-435 (у которого я вместо числа 435 написал 4351) или что нейтрино тяжело изучать?

7.06.2024, 18:28 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия:  Нейтрино − распространенная во Вселенной частица, как фотон. Нейтрино было «придумано» В.Паули для объяснения законов сохранения энергии и момента импульса в бета-распаде. Отличительной особенностью нейтрино от других частиц является их крайне низкое сечение взаимодействия с веществом ~10 в минус 43 см2. Ганс Бете и Рудольф Пайерлс в 1934 г. с помощью теории Ферми вычислили, что нейтрино с энергиями порядка нескольких МэВ взаимодействуют с веществом настолько слабо, что могут беспрепятственно преодолеть слой жидкого водорода толщиной в тысячу световых лет! Клайда Коуэна и Фредерика Рейнеса экспериментально подтвердили существование нейтрино в 1956г. Окончательная сметь сверхновой звезды заканчивается с образованием или нейтронной звезды, или черной дырой. Черные дыры способны поглощать вещество — газ, плазму — и за счет этого расти. "Хаббл" и другие приборы показали, что сверхмассивные черные дыры возникли примерно в одно время с первыми галактиками. В работе [http://fian-inform.ru/sobytiya-i-meropriyatiya/item/577-bjcarr] изложено, что "Первичные черные дыры – гипотетические космические объекты, которые могли образоваться на ранней стадии эволюции Вселенной, в эпоху доминирования излучения над веществом, называемой Горячей Вселенной. В эту эпоху плотность вещества во Вселенной сильно менялась с течением времени. Так как для образования черных дыр необходимо вещество сравнимой плотности с «плотностью» самой черной дыры, первичные черные дыры могли иметь как очень большие, так и очень маленькие массы, в то время как обычные черные дыры, образующиеся в результате коллапса звезд, имеют массы больше или порядка 10 масс Солнца. С другой стороны, в эпоху Горячей Вселенной были велики температура и давление, препятствующие сжатию вещества в черную дыру, поэтому для возникновения в ней черных дыр необходимы значительные возмущения плотности вещества". А вот что пишет автор - "Гипотезу и её научную новизну сформулирую следующим образом – скорость роста первичных чёрных дыр на этапе доминирования излучения над веществом, т.е. в “радиационной” Вселенной, была многократно (в тысячи или десятки тысяч раз) выше скорости роста чёрных дыр в “вещественной” Вселенной". Здесь автор точь в точь повторяет вышеуказанную работу, но добавляет слово "радиация". Радиация (в переводе с английского “radiation”) – это излучение, которое применяется не только в отношении радиоактивности, но и для ряда других физических явлений, например: солнечная радиация, тепловая радиация и др. Таким образом, в отношении радиоактивности необходимо использовать принятое МКРЗ (Международной комиссией по радиационной защите) и правилами радиационной безопасности словосочетание “ионизирующее излучение”. А ионизирующее излучение – излучение (электромагнитное, корпускулярное), которое вызывает ионизацию (образование ионов обоих знаков) вещества (среды). Вероятность и количество образованных пар ионов зависит от энергии ионизирующего излучения.Основными видами ионизирующего излучения, с которыми чаще всего приходится сталкиваться, являются: альфа-излучение; бета-излучение; гамма-излучение; рентгеновское излучение. Конечно, имеются и другие виды излучения (нейтронное, позитронное и др.), но с ними мы встречаемся в повседневной жизни заметно реже. Каждый вид излучения обладает своими ядерно-физическими характеристиками и как следствие – различным биологическим воздействии на организм человека. Однако нейтрино никакого воздействия на тело человека они не оказывают. Думая, что этих аргументов достаточно, чтобы заключить, что в статье "Экспоненциальный рост первичных черных дыр в ранней Вселенной" нет научной новизны.
10.06.2024 11:11 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Поясните пожалуйста, где в научных и литературных источниках Вы нашли, что на этапе ранней Вселенной скорость роста черных дыр была в тысячи раз больше скорости роста черных дыр в "вещественной" Вселенной. А это и является сутью гипотезы и её новизной. Дайте пожалуйста ссылку без излишней "воды".

10.06.2024, 14:33 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: В работе [http://fian-inform.ru/sobytiya-i-meropriyatiya/item/577-bjcarr] изложено, что "Первичные черные дыры – гипотетические космические объекты, которые могли образоваться на ранней стадии эволюции Вселенной, в эпоху доминирования излучения над веществом, называемой Горячей Вселенной". А вот что пишет автор 1)"Скорость роста первичных чёрных дыр на этапе доминирования излучения над веществом (т.е. Горячая Вселенная)", которую автор описывает как "вещественная Вселенная". 2) Автор пишет - "В “радиационной” Вселенной скорость образования черных дыр была многократно (в тысячи или десятки тысяч раз) выше скорости роста чёрных дыр в “вещественной” Вселенной". Однако, окончательная сметь сверхновой звезды заканчивается с образованием или нейтронной звезды, или черной дыры. Первичные черные дыры – гипотетические космические объекты (образованные воображаемым или предполагаемым способом, но не обязательно реальным или истинным), которые могли образоваться на ранней стадии эволюции Вселенной. Почему гипотетический объект, потому что если еще звезды не образовались, то как могло быть, что как пишет автор "В “радиационной” Вселенной образования черных дыр была многократно (в тысячи или десятки тысяч раз) выше скорости роста чёрных дыр в "вещественной" Вселенной"? Что известно науке, то это тот факт, что чёрная дыра — это место в космосе, где гравитация настолько сильная, что ничто, включая свет или другие электромагнитные волны, не имеет достаточно энергии, чтобы покинуть ее. Такие чёрные дыры появляются, когда звезда умирает и ее ядро сжимается до критически малых размеров.
17.06.2024 18:18 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! Я уже Вам писал, что Большой взрыв, "тёмная материя", "тёмная энергия", коллапс звёзд в "чёрные дыры", кварки и многое другое, всё это только пока гипотетические события и объекты. Лишь последующие исследования и наблюдения смогут подтвердить, что из этого достоверно, а что оказалось фантазией. Для этого и выдвигаются различные гипотезы и изучается их возможная достоверность. Так и гипотеза о первичных чёрных дырах, не противоречащая положениям ОТО и позволяющая объяснить многие явления в ранней Вселенной, становится по мнению академика РАН Черепащука А.М. приоритетной для этого направления. Моя статья посвящена рассмотрению особенности скорости роста таких объектов (а они по мнению многих учёных возможны) в ранней Вселенной. Повторюсь, если Вы где-нибудь встречали подобные исследования или предположения об экспоненциальных скоростях роста черных дыр на этой стадии, то дайте пожалуйста ссылки на них, чтобы Ваше суждение об отсутствие научной новизны не выглядело голословным.

17.06.2024, 21:11 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Существование галактик сегодня подразумевает, что ранняя Вселенная должна была быть неоднородной. Некоторые регионы могли настолько сжаться, что подверглись гравитационному коллапсу, в результате чего образовались черные дыры. Однажды сформировавшись, черные дыры в ранней Вселенной могли расти за счет аккумулирования близлежащей материи. Первая оценка предполагает, что они могли расти с той же скоростью, что и Вселенная в эпоху радиации, и сейчас иметь массу порядка от 10 в степени 15 до 10 в степени 17 солнечных масс. Однако наблюдательные данные свидетельствуют против существования таких гигантских черных дыр. Это побуждает к более детальному изучению скорости аккреции, которое показывает, что черные дыры на самом деле не будут существенно увеличивать свою первоначальную массу за счет аккреции. Таким образом, сейчас вокруг могут существовать первичные черные дыры с массой от 10 в степени минус 5 г и выше - [https://academic.oup.com/mnras/article/168/2/399/2604878]. Это тоже предположение, но как можно предположить, что в экспоненциальных скоростях был рост черных дыр, когда сейчас вокруг могут существовать первичные черные дыры с массой от 10 в степени минус 5 г и выше?
20.06.2024 15:15 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович. А в чём Вы видите проблему? Начальные размеры первичных чёрных дыр могли находиться в широком диапазоне, начиная от субатомных. В статье я предположил, что начальный размер большинства возникающих первичных чёрных дыр составляет доли микрона. Поэтому, даже экспоненциальный рост таких микроскопических чёрных дыр за время, когда продолжалось доминирования излучения над веществом, не позволял им достигнуть сверхмассивных значений. А в "вещественной" Вселенной их рост практически прекратился, и они так и остались небольшими. Но это совсем не означает, что экспоненциальной скорости их роста на данном этапе не было. Для другой части первичных черных дыр, имеющих большие размеры, начиная приблизительно от 0,01 массы Солнца, скорость их экспоненциального роста уже сможет превратить их в СЧД. И почему, Вы снова пишите о гравитационном коллапсе вещества - "Некоторые регионы могли настолько сжаться, что подверглись гравитационному коллапсу, в результате чего образовались черные дыры"? Это могло произойти только тогда, когда в "регионах" появилось барионное вещество. Однако на стадии "радиационной" Вселенной никакого барионного вещества ещё не было и механизм возникновения первичных черных дыр был совершенно иным, о чём в статье и в ссылках подробно и неоднократно сказано. Именно только из-за особенностей "радиационной" Вселенной был возможен экспоненциальный рост черных дыр, когда беспрепятственно поглощалось изобильное нейтрино, а не вещество. В "вещественной" Вселенной скорость их роста снижается на несколько порядков. Подтверждающие расчёты в статье имеются.

21.06.2024, 14:32 Ашрапов Улугбек Товфикович
Рецензия: Ученые из Международной школы перспективных исследований (SISSA) в Италии показали, что черных дыр примерно 40 квинтиллионов, или 1% всей нормальной материи в наблюдаемой Вселенной, сообщает Astrophysical Journal. Сейчас вокруг могут существовать первичные черные дыры с массой от 10 г и выше - https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1974MNRAS.168..399C/abstract. Астрономы, обнаружили первые свидетельства существования «семен» тяжелых черных дыр в ранней Вселенной. Эти так называемые семена могут помочь объяснить, как некоторые сверхмассивные черные дыры с массами, эквивалентными миллионам или даже миллиардам масс Солнца, могли вырасти достаточно быстро, чтобы существовать менее чем через 1 миллиард лет после Большого взрыва. Семена тяжелых черных дыр — это черные дыры с массой примерно в 40 миллионов масс нашего Солнца. Считается, что они образуются в результате прямого коллапса массивного облака газа, в отличие от типичной черной дыры, которая рождается, когда массивная звезда достигает конца своего существования и коллапсирует под действием собственной гравитации - https://www.space.com/astronomers-find-first-evidence-of-heavy-black-hole-seeds-early-universe. Как происходили ядерно-физические процессы в ранней Вселенной? В нынешней плотности во Вселенной преобладает темная энергия (3/4 общей массы-энергии Вселенной составляет темная энергия, 1/4 представляет собой практически всю материю: темную материю и нормальную материю. Излучение во Вселенной составляет в основном космический микроволновый фон и излучение звезд и галактик, а плотность материи значительно превышает плотность излучения). В самой ранней Вселенной доминировало излучение примерно через 50 000 лет после Большого взрыва. В настоящее время во Вселенной доминирует темная энергия, поскольку плотность материи упала. В течение первых нескольких минут Большого взрыва первичный огненный шар создал материю путем образования пар. Период первичного нуклеосинтеза (процессы образования химического состава вещества во Вселенной до появления первых звёзд) создал весь водород во Вселенной и большую часть наблюдаемого сегодня гелия. Когда Вселенная расширялась и охлаждалась, образовывались атомы. Самая ранняя Вселенная пережила период инфляции, когда Вселенная быстро расширялась. Инфляция решила проблемы горизонта и плоскостности. Крупномасштабная структура Вселенной была сформирована ранними флуктуациями плотности темной материи. Холодная темная материя лучше всего объясняет крупномасштабную структуру «Рябь» космического микроволнового фона убедительно подтверждает предсказания инфляции плоской Вселенной - https://pages.uoregon.edu/jimbrau/astr123/Notes/Chapter27.html. Автор в своей статье пишет - "механизм возникновения первичных черных дыр был совершенно иным", тогда как вышеуказанные научные исследования говорят о противоположном, т.е. о 2 способах образования черных дыр: 1) Семена тяжелых черных дыр образуются в результате прямого коллапса массивного облака газа. 2) Типичная черная дыра рождается, когда массивная звезда достигает конца своего существования и коллапсирует под действием собственной гравитации. Вот в этом и проблема в статье "Экспоненциальный рост первичных черных дыр в ранней Вселенной".
21.06.2024 21:21 Ответ на рецензию автора Кошкин Юрий Александрович:
Уважаемый Улугбек Товфикович! И в статье, и в ответах на рецензию я приводил мнение академика РАН Черепащука А.М. о том, что гипотеза образования первичных черных дыр в результате деформации пространства ещё до возникновения барионного вещества становится в настоящее время приоритетной. Зачем Вы приводите ошибочные сведения о том, что "В самой ранней Вселенной доминировало излучение примерно через 50 000 лет после Большого взрыва"? По современным данным излучение начало доминировать над веществом, начиная с первых мгновений после Большого взрыва и до начала образования собственно самого вещества. В статье и в ссылке все эти сведения подробно приведены. Зачем в подробностях Вы описываете другие гипотезы (о том, что ЧД могут образоваться результате прямого коллапса массивного облака газа или о том, что инфляция решила проблемы горизонта и плоскостности, а холодная темная материя лучше всего объясняет крупномасштабную структуру «Рябь» космического микроволнового фона"? Это интересно, но какое отношение это имеет к статье, на которую Вы пишете рецензию. Я уже писал, что если в моей гипотезе Вы не увидели новизну в том, что в "радиационной" Вселенной было обнаружено существование условий для экспоненциального роста первичных чёрных дыр, то дайте ссылку на работы, где эти моменты хотя бы проговаривались, чтобы Ваше мнение было обоснованным. Почему для вас мнение иностранных исследователей авторитетнее мнения крупного российского академика и научного руководителя главного учреждения страны по изучению астрономии Черепащука А.М. и зачем в рецензии уделяется так много времени другим гипотезам и фантазиям, большая часть которых отношения к рассматриваемой теме не имеет?



Комментарии пользователей:

Оставить комментарий


 
 

Вверх