Черные дыры начинают светиться

Черные дыры начинают светиться

Среди самых удивительных историй, когда-либо рассказанных человеком, повесть о «черной дыре» должна занять достойное место. Право, ее место среди сказок о драконах, джиннах и прочих хитроумных измышлениях человеческого разума,если бы не одно «но»... Образ «черной дыры» жил отнюдь не на страницах детской сказки или научно-фантастического романа. Он родился на кончике пера ученых около сорока лет тому назад и начал странствовать по страницам сугубо научных публикаций и совсем ненаучных заметок, вроде этой. Долгое время «черная дыра» рассматривалась всеми или почти всеми как незаконнорожденное дитя, плод буйной фантазии физи- ков-теоретиков. Однако за последние 10—15 лет коллекция диковинок, которые современная астрофизика откопала в окружающем нас мире, пополнилась столь редкостными экземплярами, как звезды-горошинки — пульсары и «фантомы» — квазары. Научный и ненаучный мир, подивившись чудачествам природы, смирился с ее экстравагантностью и признал наш персонаж. Более того, как-то незаметно наступило нашествие «черных дыр». На ученый мир как бы сошло прозрение: всем вдруг стала ясна абсолютная неизбежность «черных дыр». Будто с их признанием в картине окружающего нас мира (дотоле в чем- то чуточку туманной и смазанной) вдруг все стало на свое место, обрело четкость и законченность. Еще лет десять назад в реальность «черных дыр» верили энтузиасты-одиночки.

Здесь самое время перестать злоупотреблять терпением читателей и напомнить, что же такое, собственно, «черная дыра». Давайте вслед за одним видным ученым поставим некий «мысленный эксперимент», столь любезный сердцам физиков. Вообразим себе, что в отдаленном будущем человечество колонизовало нашу Галактику, расселилось на других планетах и навсегда покинуло бренную Землю. И вот, рассуждаем мы далее, человечество, движимое самыми благородными побуждениями, решает превратить саму Землю в памятник. Люди отрезают кусочек от земного шара, превращают его в энергию и заряжают ею аккумуляторы. Далее они окружают нашу планету системой мощных прессов и, получая энергию от аккумуляторов, начинают сжимать Землю. Затем они останавливаются, чтобы полюбоваться на дело рук своих, предварительно позаботившись о том, чтобы Земля не вернулась в первоначальное состояние. Во время остановок инженеры и ученые имеют возможность убедиться в том, что сила тяжести на Земле заметно возросла. При окружности Земли в десять километров вместо нынешних сорока тысяч необходимо было бы развить скорость более семисот километров в секунду, чтобы вырваться из плена земного притяжения. Потом снова отрезается ломоть Земли, превращается в энергию, и вся процедура повторяется. Так, затратив нечеловеческие усилия, человечество смогло бы в конце концов загнать всю Землю внутрь крохотного шарика, бусинки размером в пять с половиной сантиметров по окружности. В таком случае ни свет, ни что-либо другое не могло бы покинуть Землю. Связь между Землей и остальным миром расторгнута, памятник готов — Земля ввергнута в «гравитационную могилу» собственного поля притяжения. Для внешнего наблюдателя Земля не является больше частью вселенной. Она исчезает, оставив вместо себя дыру в пространстве с окружностью чуть более пяти сантиметров. Что и говорить, довольно удручающая перспектива!

Но оставим этот «ужасный» эксперимент на совести того, кто его придумал, и обратимся теперь к миру звезд. Выясняется, что без всякого насилия извне, так сказать, на сугубо добровольных началах, звезда, масса которой не менее чем в два раза превышает массу Солнца, в конце своего жизненного пути превращается в «черную дыру». Происходит это тогда, когда в недрах звезд выгорают источники ядерной энергии и звезда в считанные секунды коллапсирует, схлопывается в «черную дыру».

Физики подметили, что «черная дыра» не имеет «волос». Подразумевается вот что. Несмотря на всю экстравагантность, среди «черных дыр» царит унылое единообразие — они напрочь лишены индивидуальности. Это значит, что «черная дыра» целиком определяется ее массой, зарядом и моментом вращения. В остальном они совершенно неразличимы, а в качестве строительного материала для них сойдет все, что угодно.

Хотя поперечник «черной дыры» составляет уже не сантиметры, а десятки километров, поиски ее в безбрежных просторах космоса кажутся на первый взгляд предприятием совершенно безнадежным. Есть немало занятий поперспективнее, скажем, пытаться отыскать иголку в стоге сена. Тем не менее охотники рискнуть, представьте себе, находятся. Дело в том, что «черную дыру» может нечаянно выдать ее неумеренный аппетит. Она, как акула, заглатывает в себя все, что попадется. Как известно, межзвездная среда не вакуум, а скорее океан электромагнитных волн, в котором «плавают» частицы пыли, разреженный газ. Молодой советский астрофизик Шварцман рассчитал, что межзвездный газ, всасываемый в изолированную «черную дыру», должен испускать свет, который мерцает с периодом в миллионные доли секунды. К сожалению, мерцание это очень слабое. Пока все попытки обнаружить его при помощи очень чувствительной электронной аппаратуры, присоединенной к самому большому в мире шестиметровому телескопу на Северном Кавказе, не дали результатов, но наблюдатели не унывают, совершенствуют аппаратуру и методику наблюдений.

Самые большие надежды на обнаружение «черных дыр» физики связывали с тесными двойными звездами. В наше время по меньшей мере две тысячи таких систем более или менее детально изучены астрономами во всем мире. Для обнаружения «черной дыры» необходимо было бы зарегистрировать невидимый объект с массой более двух масс Солнца, входящий в качестве одного компонента в двойную систему. Советские астрофизики Зельдович и Новиков в книге «Теория тяготения и эволюция звезд» остроумно заметили: «Привлечение невидимости» в качестве аргумента звучит комически, подобно диссертации «Отсутствие телеграфных столбов и проволоки в археологических раскопках как доказательство древней радиосвязи». В действительности, когда в созвездии Лебедя после долгих и безуспешных поисков была наконец обнаружена двойная система, в которой один из компонентов, вероятнее всего, является «черной дырой», ситуация сложилась отнюдь не комедийная. Уже более двух лет не стихает драма идей вокруг источника Лебедь XI, ставшего притчей во языцех. Большинство наблюдательных данных говорит за то, что в этой двойной системе на месте одной из звезд зияет «черная дыра», так как масса невидимого компонента составляет около восьми масс Солнца. «Черная дыра» непрерывно стягивает на себя вещество со своего компаньона — звезды-сверхгиганта. Это вещество, падая внутрь «черной дыры», порождает интенсивное рентгеновское излучение.

Газ вокруг «черной дыры» принимает форму диска довольно сложной структуры. Теоретики в последние годы особое внимание уделяют изучению тонкостей строения этих газовых дисков в поисках таких наблюдательных тестов, которые помогли бы неопровержимо, раз и навсегда доказать существование «черных дыр». Молодой, но уже пользующийся всемирной известностью московский астрофизик Сюняев предсказал, что в диске вокруг «черной дыры» должны возникать и распадаться неустойчивые горячие пятна, порождающие вспышки пульсирующего рентгеновского излучения. Для их обнаружения нужны очень чувствительные рентгеновские телескопы. Такие телескопы, предназначенные для наблюдений с борта космических аппаратов, еще только создаются. В ряде стран упорно работают также над созданием чувствительных детекторов гравитационных волн. С их помощью, вероятно, лет через 10—15 удастся зарегистрировать мощные всплески гравитационных волн, которые являются эхом коллапса — образования «черной дыры».

Между тем спрос на «черные дыры» все возрастает, а их «ассортимент» становится все богаче. Звездные астрономы, изучающие галактики и их скопления, все больше убеждаются в том, что без «черных дыр» им не объяснить активности ядер Галактики и никак не понять, куда бесследно исчезает чуть ли не 90 процентов массы в скоплениях Галактики. Все данные о динамике, движении отдельных галактик в скоплениях убедительно говорят о том, что большая часть массы находится в невидимой, «скрытой» форме. Другая крайность — «мини-дыры». Их теорию создал молодой английский физик Хоукинг. В современном мире «мини-дыры» рождаться не могут. В природе просто нет сил, необходимых для их сжатия. Однако на ранних стадиях развития вселенной, как показал Хоукинг, «мини-дыры» могут и должны рождаться в изобилии. Самое любопытное то, что «мини-дыры» не столь черны, как их «старшие братья». В соответствии с законами квантовой механики «мини-дыры» оказываются нестабильными и постепенно разрушаются за счет испускания света и частиц. Расчеты показывают, что «мини-дыры» с массами небольшого айсберга и менее давно распались. А «черные дыры» с большими массами совершенно стабильны. Для них квантовые законы не писаны, и они так же черны и непостижимы, как прежде. Те же, которые имеют массы от миллиарда тонн до десяти миллиардов тонн, «агонизируют». Такой огненный шар обладает достаточной мощностью, чтобы обеспечить энергетические потребности Земли на десятилетия, и одновременно настолько мал, что мог бы уместиться внутри атомного ядра.

К сожалению, очень трудно сказать что-либо определенное о том, как много таких умирающих «мини-дыр» и как они должны проявлять себя в наблюдательном аспекте. Это зависит в сильной степени от условий, которые царили на самых ранних стадиях развития вселенной. Удастся ли заглянуть физикам в столь отдаленное прошлое и предсказать, как и где надо искать «мини-дыры», — вот вопрос, который в равной степени волнует сегодня и теоретиков и наблюдателей.





самые умные животные
протезы-новая жизнь
викторина