Первичные чёрные дыры и астероидная опасность Шацкий Александр (АКЦ ФИАН, г.Москва) Рассчитана вероятность попадания первичной чёрной дыры в один из астероидных. - презентация

1 Первичные чёрные дыры и астероидная опасность Шацкий Александр (АКЦ ФИАН, г.Москва) Рассчитана вероятность попадания первичной чёрной дыры в один из астероидных поясов солнечной системы. Показано, что при определённых массах, первичные чёрные дыры могут значительно менять тра ектории и орбиты астероидов. Такие события могут явиться причиной локальных катастроф в солнечной системе и глобальных для Земли (типа Тунгусского метеорита, например). Оценена частота событий такого рода.

2 Как известно, в солнечной системе существуют три основных астероидных пояса: Главный пояс астероидов (пояс Фаэтона) имеет массу ~ г ~10 -3 M. Его астероиды находятся на расстояниях а.е. от Солнца. Пояс Койпера имеет массу ~ г ~ M. Его астероиды находятся на расстояниях а.е. Облако Оорта находится на границе Солнечной системы (>100 а.е.) и его масса точно не известна.

3 Первичная черная дыра (ПЧД) является обычной черной дырой, образовавшейся на стадии инфляции Вселенной или до этого. Стандартные механизмы звездной эволюции не позволяют образовывать черных дыр с массой меньше солнечной. В ранней Вселенной ПЧД могли образовываться с массой меньше солнечной. Если вся темная материя в галактике состоит из ПЧД одинаковой массы, то из данных по гравитационному микролинзированию находят верхний предел для массы ПЧД: ~M Снизу масса ПЧД ограничена Хоукинговской массой ~10 15 г. Поэтому таких ПЧД должно быть экспоненциально мало (фактор exp[ г/m пчд ]).

4 В отличие от обычных звезд и планет, ПЧД способны проходить даже через центр галактики, упруго взаимодействуя практически со всей её материей. Кроме этого ПЧД способны двигаться по орбитам в направлении противоположном вращению галактики. Поглотить ПЧД с высокой вероятностью может только другая черная дыра или нейтронная звезда Как пример: при прохождении ПЧД через планету или звезду, ПЧД «выреза ет» цилиндр с диаметром d r g c 2 /V 2. При V=300 км/сек и m пчд =M, d 10 км.

5 В галактике ПЧД двигаются с вириальными скоростями V~ 300 км/сек c. Пролетая через звездные системы ПЧД способны значительно изменять тра ектории астероидов, массы которых меньше масс ПЧД. ПЧД с массой в г соответствует астероиду ~1 км в диаметре. Размеры ПЧД (радиуса их горизонта) не превышают 1 см, поэтому при взаимодействии их можно рассматривать как точечные объекты. Если масса ПЧД больше массы астероида, то для значительного изменения орбиты последнего ПЧД достаточно иметь прицельный параметр: h < (m пчд /M )·800 км. (под значительным изменением орбиты подразумева ется отклонение на угол >60°)

6 Благодаря столь большому прицельному параметру, вероятность столкновения ПЧД с астероидом при попадании в солнечную систему, определяется выражением: Это выражение получено для отклонения орбиты астероида на угол >60°. Для угла в 5° вероятность увеличива ется в 100 раз!

7 Концентрация ПЧД в галактике есть: n пчд = пчд · г·см -3 /m пчд, где пчд – массовая доля ПЧД от темной материи в галактике. Поэтому средняя частота столкновений ПЧД, двигающихся с вириальными скоростями V, со сферой радиуса R а е и сечением S= R а е 2 есть: 0 =S·V·n пчд. Частота взаимодействий ПЧД с астероидами получа ется умножением частоты 0 на вероятность P.

8 Это выражение удобно переписать в следующем виде: Используя полученные результаты, получа ем выражение для частоты сбоя астероидов:

9 Оценить долю рассеянных астероидов, попадающих именно на Землю достаточно сложно. Это связано с тем, что даже в отсутствие прямого попадания в какую-либо планету, астероид с высокой вероятностью остаётся в солнечной системе. Орбита его становится намного опасней: она пересека ет орбиты других астероидов и планет. Поэтому рано или поздно этот астероид или вторичные астероиды (выбитые первичным) падают на планеты. Поэтому, очень грубо, вероятность попадания на Землю рассеянного астероида можно оценить как отношение площади поверхности Земли к сумме площадей поверхностей остальных планет. Это фактор порядка ~10 -2.

10 ВЫВОДЫ: Астероидная опасность является сегодня одной из актуальных научных проблем. Полученное выражение для частоты взаимодействия ПЧД с астероидами и метеоритами вполне может давать периоды бомбардировок около 190 млн. лет, что совпада ет с наблюдательными геофизическими данными (по шагу повторяемости массовых вымираний на Земле*). Обычные механизмы случайного выпадения астероидов на планеты не могут объяснить шага повторяемости. Однако сегодня мы ничего не зна ем о существовании ПЧД и в этом – главная трудность предлага емой теории. * Г.Н. Гончаров, В.В. Орлов, АЖ, т.80, 11, 2003.