Черные дыры

     Предположим теперь, что звезды А и В достаточно близки друг к другу в том смысле, что разделяющее их расстояние не сильно превышает сумму их радиусов. Когда звезды так близки, каждая из них стремится оторвать часть вещества с поверхности своей соседки.

     Такое взаимодействие носит название  приливного взаимодействия². Таким образом, когда звезда В оказывает приливную силу на звезду А, ближайшее к В вещество звезды А начинает перетекать в направлении к В, и наоборот.

     Представим теперь ситуацию, когда  А является звездой-гигантом, а   В – черной дырой. Если предположить, что А достаточно близко к В, то вещество будет перетекать от А к В, но не наоборот. Дело в том, что из черной дыры невозможно извлечь вещество. Вещество, отнятое у А, не попадает сразу в В, а вращается вокруг нее, пока постепенно не поглотится. Так происходит потому, что звезды А и В вращаются друг относительно друга, следовательно, любое вещество, покидающее А, стремится вращаться вокруг В, а не попадать сразу на нее (приложение 3).

     Такой непрерывный круговорот  вещества образует дискообразную  структуру, которая может простираться вокруг черной дыры до расстояний, равных нескольким шварцшильдовским радиусам. Так как падающее на черную дыру вещество представляет собой очень плотный и горячий газ,  то этот газ начинает излучать, в основном, рентгеновское излучение. Ряд астрофизиков в 60-е годы разработали представление о таком диске аккреции, окружающем черную дыру в двойной системе¹. Благодаря недавно возникшей рентгеновской астрономии появились надежды на обнаружение черных дыр указанным способом.

     При таком подходе возникает,  однако, неопределенность. То, что было  сказано до сих пор о черных  дырах, относится и к нейтронным  звездам. Если звезда В является  нейтронной звездой, она так  же будет образовывать вокруг  себя диск аккреции, испускающий  рентгеновское излучение.

     Таким образом, если мы обнаружим  рентгеновский источник, связанный  с двойной системой, в которой  одна звезда видима, то все  что мы можем сказать, это  то, что другая звезда является  либо нейтронной звездой, либо  черной дырой. Но как узнать, с чем мы имеем дело?

     Именно здесь и следует вспомнить  о пределе на массу, равном 2Мo, для стабильных нейтронных звезд. Если по наблюдениям движения видимые компоненты А мы можем определить массу ее компаньона В и если эта масса окажется меньше 2Мo, мы можем сделать вывод, что В является нейтронной звездой. Но если окажется, что масса В существенно больше 2Мo, есть основания полагать, что мы имеем дело с черной дырой.

     Дополнительной проверкой может  стать регистрация флуктуаций  рентгеновского излучения от двойного источника. Чем быстрее флуктуации,   тем меньше диск аккреции. Поскольку черные дыры более компактны, чем нейтронные звезды, их диски аккреции соответственно несколько меньше. Таким образом, от черной дыры следует ожидать возникновения очень быстрых вариаций рентгеновского излучения.

     Помимо двойных систем, черные  дыры исследовались теоретиками  с различных точек зрения. Так  как черная дыра представляет  собой очень плотно сконцентрированное  вещество, оно собирает на себя  гравитационными силами вещество окружающей среды и может стать мощным источником энергии. Например, если черная сверхмассивная дыра массой в миллионы солнечных масс вращается вокруг своей оси, она будет собирать окружающее вещество в толстый диск аккреции, который будет мощно излучать. Многие теоретики считают, что такой источник ответствен за излучение квазаров – объектов за пределами нашей Галактики, напоминающих звезды по внешнему виду, но являющихся неизмеримо более мощными излучателями энергии¹.

     Пример с квазарами иллюстрирует  важность гравитации как резервуара  энергии. В то время как большинство  звезд для поддержания светимости  используют термоядерные реакторы  в своих недрах, для квазаров  это не годится. Их светимость  намного больше, чем у звезд, но сами они значительнее компактнее. Их энергетические машины должны быть очень компактными, мощными и эффективными. Похоже, что этим требованиям удовлетворяют сверхмассивные черные дыры.

     В связи с этим следует, однако, заметить, что всякая новая теоретическая  идея, чтобы быть научно самостоятельной,  должна удовлетворять двум критерия: 1) она должна объяснить наблюдаемые факты; 2) должна существовать возможность показать, что наблюдаемые факты нельзя объяснить никаким другим известным способом.

     В настоящее время идея о  существовании черных дыр прекрасно  удовлетворяет первому критерию  и в меньшей степени – второму.

ГЛАВА 5. ЛЕБЕДЬ Х-1, ЦИРКУЛЬ Х-1 И ДРУГИЕ 

     В 1972 году детекторы, установленные на искусственном спутнике Земли «Ухуру» (США), зарегистрировали рентгеновское излучение примерно десяти источников с указанными потоками энергии. «Самый популярный»  среди них источник Лебедь Х-1. Он оказался двойной звездой, причем период обращения системы вокруг центра масс равен 5,6 суток. По оценкам, видимая звезда имеет массу 20Мo, невидимая (а именно она является источником рентгеновского излучения) – примерно 10Мo. Как показывает анализ, основная часть рентгеновского излучения генерируется во внутренней части диска, радиус которого не превышает 200 км (радиус черной дыры 30 км). В соответствии с теоретическим предположением интенсивность упомянутого излучения измеряется с характерным масштабом в тысячные доли секунды. Расстояние до объекта Лебедь Х-1 составляет примерно 6 тыс. световых лет¹. (приложение 4)

     Сходный источник Циркуль Х-1 в созвездии Циркуля также привлекает внимание астрономов. Это спектрально-двойная система с периодом обращения 16,6 дня. В отличие от источника Лебедь Х-1, его излучение временами пропадает, причиной чего может служить покрытие источника рентгеновского излучения основной звездой. Временные измерения  сигналы столь же краткие, как и у Лебедя Х-1, что указывает на схожесть размеров. Основной в системе является слабая красная звезда; некоторые астрономы считают, что ее цвет и низкая светимость объясняется тем, что она окружена пылевым облаком, которое и задерживает свет. Главная трудность, связанная с Циркулем Х-1, заключается в том, что его масса неизвестна. В этом отношении Циркуль Х-1 – не столь удачный кандидат на роль черной дыры, как Лебедь Х-1.

     Другой кандидат находится на  расстоянии примерно 5000 световых  лет в направлении созвездия  Скорпиона. Масса его известна, что выгодно отличает его от  других претендентов. Масса главной  звезды составляет от 20 до 30 масс  Солнца, и это говорит о том, что звезда-спутник (кандидат на роль черной дыры) имеет массу от 7 до 11 солнечных¹. Но, как в случае с Циркулем Х-1, тут есть одна трудность: временные изменения недостаточно коротки, чтобы предположить, что размеры источника соответствуют черной дыре.

     Все упомянутые выше претенденты на роль черных дыр являются спектрально-двойными, но есть еще один, который не входит в такую систему, речь идет о Кассиопее А. Этот источник рентгеновского исключения считают остатками сверхновой, взорвавшейся около 1668 г.² Как ни странно, свидетельств о появлении в это время сверхновой не сохранилось. Советский астрофизик И.С. Шкловский, изучавший этот источник, пришел к выводу, что его масса когда-то была выброшена в расширяющуюся оболочку вокруг сверхновой, а оставшийся центральный объект теперь имеет массу около 10 масс Солнца. Шкловский считает, что вместо взрыва сверхновой вполне могло произойти схлопывание, в результате которого образовалась черная дыра. По мнению Шкловского, существуют веские аргументы в пользу такого предположения.

     Одни из самых удивительных  кандидатов на роль черных  дыр появились не в результате  коллапса звезд (во всяком случае, их нельзя считать его прямым  следствием), а скорее относятся  к группам звезд или галактик. Гигантская эллиптическая галактика М 87 , которая находится от нас на расстоянии 60 световых лет в скоплении галактик в созвездии Девы, является одновременно сильным источником радио- и рентгеновского излучения³. На фотографиях она выглядит как объект, выбрасывающий вещество на расстояние 4000 световых лет. В выбросе наблюдается значительная турбулентность, в которой заметны несколько вихрей. Сильней всего радиоизлучение в ядре галактики и в выбросе вещества. Наблюдения показали, что ближе к ядру звезды движутся с огромной скоростью (примерно 400 км/с), и есть доказательства того, что в этом районе происходит приток газа. Отсюда следует, что в ядре скопилось большое число звезд и значит, ядро должно быть очень ярким. Однако это не так, хотя оно и весьма массивно; возможно, его масса в 5 миллиардов раз больше массы Солнца. Многие астрономы считают, что этот массивный объект является черной дырой. Гигантский диск аккреции вокруг него состоит из звезд и газа, и по мере того, они затягиваются в черную дыру, она излучает волны рентгеновского диапазона.

     М 87 не единственная галактика  такого типа, есть еще квазары  и другие галактики с выбросом  вещества. Некоторые ученые считают,  что во всех радиогалактиках  и, может быть, даже в обычных,  таких, как наша, ядро представляет  собой черную дыру.

     Итак, специалисты наблюдают, исследуют  и фиксируют, обнаруживают новые черные дыры и продолжают изучать те, которые уже известны. И делается это все, для того, чтобы понять, как устроены не только черные дыры, но и сама Вселенная, ведь таят они в себе еще не мало загадок. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Таким образом, можно сделать  следующий вывод, черные дыры  – это космические объекты  сверхвысокой плотности материи,  массы и гравитации. Их существование  было предсказано Дж. Митчелом и   Пьером Симоном Лапласом, а общая теория относительности                                   А. Эйнштейна продолжает предсказывать их существование и сегодня.

     Образуются черные дыры при  неограниченном гравитационном сжатии (гравитационном коллапсе) массивных космических тел, а их излучение заперто гравитацией. А обнаружить черные дыры можно лишь по их тяготению, либо по излучению газа, падающего на них извне.

     И, наконец, необходимо сказать  о том, что некоторые ученые рассматривают образование черной дыры как маленькую модель того, что, согласно предсказаниям общей теории относительности, в конечном счете, может случиться с Вселенной. Без сомнения, все современные результаты наблюдений указывают на расширение Вселенной. Однако в настоящее время ученые задаются одним из самых каверзных вопросов: замедляется ли скорость этого расширения, и если да, то не сожмется ли Вселенная через десятки миллиардов лет, образуя сингулярность. Но ответ на этот вопрос, по-видимому, будет найден еще не скоро (ведь изучая информацию, которая просачивается при рождении черных дыр, и те физические законы, которые  управляют их судьбой в достаточной мере не дают нам полного представления), а когда же мы сможем выяснить, по какому пути следует Вселенная, мы сможем предсказать и окончательную ее судьбу.  
 
 
 
 
 

ЛИТЕРАТУРА 

1. Астрономия / Авт.-сост. М.Я. Цофин. М.: Харвест, 1998.
2. Балик Б., Франк А. Необычная смерть обычных звезд // В мире науки. 2004. №9. С. 78-87.
3. Бердышев С.Н. Справочник величайших человеческих открытий. М., 2003.
4. Кауфман У. Космические рубежи теории относительности. М., 1981.
5. Комаров В.Н. Увлекательная астрономия. М.: МАИК «Наука/ Интерпериодика», 2002.
6. Ларсен Р., Бромм В. Первые звезды Вселенной // В мире науки. 2002. С.28-35.
7. Найдыш В.М. Концепции современного естествознания: Учеб. пособие. М.,  2003.
8. Нарликар Дж. От черных облаков к черным дырам. М.: Энергоатомиздат, 1989.
9. Новиков И.Д. Черные дыры и Вселенная. М.: Молодая гвардия, 1985.
10. Паркер Б. Мечта Эйнштейна: В поисках единой теории строения Вселенной. М.: Наука, 1991.
11. Трофименко А.П. Белые и черные дыры во Вселенной. 1991.
12. Энциклопедия окружающего мира: звезды и планеты. М.: Белый город. 1998.

13. Звезды // http://www.astronet.ru/db/msg/1202870
14. Звезды. Черные дыры // http://astrogalaxy.ru/012.html.
15. Князева Л. Триумф гравитации // http://vokrugsveta.ru/country/?item_id= 144&vs=1
16. Нудельман Р. Что мы знаем и чего не знаем о чёрных дырах // http://wsyachina.narod.ru/astronomy/blackhole.html
17. Черные дыры // http://space.city.tomsk.net/bhole.htm.