Понятия о черных дырах

Гаршинге (Германия) под руководством А. Экарта (A.Eckart).Они определяли

скорость перемещения 200 звезд с помощью специального спектрометра.

Оказалось, что с  наибольшей скоростью движутся те звезды, которые расположены

поблизости от объекта  Стрелец А, который и ранее предположительно относили к

числу «черных дыр». У звезд, удаленных от него всего  на пять световых суток,

скорость обращения  вокруг центра превышает 1000 км/с. Вычисления показали,

что подобное движение звезд может наблюдаться лишь в том случае, если в ядре

Галактики находится  объект, масса которого составляет 2.6 млн массы Солнца, а

плотность такая, как  если бы 2 трлн Солнц «втиснуть» в один кубический

световой год! Такими свойствами может обладать только «черная  дыра»,

поглощающая за какие-нибудь несколько миллионов лет всю материю, попадающую в

сферу ее влияния. О  сходных результатах сообщила на конференции Американского

астрономического  общества (Вашингтон, 1998) А.М. Гез (A.M. Ghez; Университет

штата Калифорния, Беркли). Вместе с коллегами она вела наблюдения в том же

инфракрасном диапазоне частот (2 мкм), что и Экарт, но на более мощном 10-

метровом Телескопе им. Кека на горе Мауна-Кеа (Гавайские о-ва). Они

установили, что звезды, расположенные к центру Галактики  вдвое ближе, чем

наблюдавшиеся немецкими  астрономами, движутся со скоростью 3000 км/с! По

мнению Гез, такую скорость звездам может придать лишь «черная дыра» с массой

2.7 млн Солнц. При таких масштабах величин вывода обеих групп можно считать

почти идентичными. Итак, в центре нашей Галактики, по всей видимости, так же

находится огромная «черная дыра».

Несколько лет назад  группа американских и японских астрономов направила свой

телескоп на созвездие  Гончих Псов, на находящуюся там  спиральную туманность

М106. Эта галактика  удалена от нас на 20 миллионов  световых лет, но ее можно

увидеть даже с помощью  любительского телескопа. Многие считали, что она такая

же, как и тысячи других галактик. При внимательном изучении оказалось, что у

туманности М106 есть одна редкая особенность - в ее центральной  части

существует природный  квантовый генератор - мазер. Это  газовые облака, в

которых молекулы благодаря  внешней "накачке" излучают радиоволны в

микроволновой области. Мазер помогает точно определить свое местоположение и

скорость облака, а в итоге - и других небесных тел. Японский астроном Макото

Мионис и его коллеги во время наблюдений туманности М106 обнаружили странное

поведение ее космического мазера. Оказалось, что облака вращаются  вокруг

какого-то центра, удаленного от них на 0,5 светового года. Особенно

заинтриговала астрономов скорость этого вращения: периферийные слои облаков

перемещались на четыре миллиона километров в час! Это  говорит о том, что в

центре сосредоточена гигантская масса. По расчетам она равна 36 миллионам

солнечных масс. Астрономы  отбросили предположение о том, что такое количество

материи может быть очень плотным скоплением звезд, которое мы не видим из-за

космической пыли. Звезды, входящие в скопление, должны были бы находиться на

очень близком расстоянии одна к другой. При такой "толкучке" они непременно

начнут сталкиваться, и звездное скопление довольно быстро "рассыпется".

Загадку хоровода облаков  ученые объяснили тем, что они  наблюдают черную дыру,

вернее, то, что происходит в ее окрестностях. Ведь саму черную дыру увидеть

нельзя.

Американским астрономам удалось зафиксировать рентгеновское  излучение от

супермассивных черных дыр, которые до недавнего времени считались "тихими".

Эти дыры существуют в центрах самых старых и самых  массивных галактик и имеют

массу сравнимую  с массой миллиардов Солнц, сжатую до размеров Солнечной

системы. В то время, как небольшой процент супермассивных черных дыр излучают

мощные рентгеновские  потоки (известны как активное галактическое  ядро),

огромное большинство  массивных черных дыр рентгеновским  излучением не

обладает. Последние  наблюдения показали, что "тихие" супермассивные черные

дыры также имеют  рентгеновское излучение, но гораздо  меньшее чем активное

галактическое ядро. Новые результаты вселяют надежду, что супермассивные

черные дыры присутствуют во всех галактиках, в том числе  и нашей, и могут

стать ключом в вопросе  происхождения Вселенной.

На снимке, сделанном  с помощью нового космического спектрографа Хаббла

(Hubble's new Space Telescope Imaging Spectrograph (STIS)), запечатлен

"автограф" сверхмасивной черной дыры, расположенной в центре галактики М84.

Несмотря на то, что  гравитация не позволяет покинуть окрестность  черной дыры

даже свету (см. центр  снимка), ее присутствие можно обнаружить по падающему

по спирали с  огромным ускорением на поверхность  черной дыры межзвездному

веществу, скорость которого, определенная с помощью  эффекта Допплера,

составляет примерно 380 км/сек на расстоянии 26 световых лет от центра М84,

галактики, находящейся  в кластере галактик в созвездии  Девы в 50 000 000

световых лет от нас. Данные STIS'а показывают, что излучение газа,

движущегося в нашем  направлении, смещенное в фиолетовую часть спектра (левая

часть снимка), справа от центра снимка смещается в красную  область

(удаляющийся газ), указывая на наличие быстро  вращающегося вокруг центра

галактики диска  вещества. В результате мы видим  характерный S-образный

росчерк черной дыры, масса которой составляет по меньшей мере 300 000 000

масс Солнца. Вполне вероятно, что в центре всех галактик расположены черные

дыры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                4. Гипотезы и парадоксы.                         

Общая теория относительности, как известно, предсказала, что масса  искривляет

пространство. И уже  через четыре года после опубликования  работы Эйнштейна

этот эффект был  обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, проводя

наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, которые  на самом деле были

заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце. Под действием

солнечной гравитации изображения звезд сместились. (Здесь поражает еще и

точность измерения, потому что сместились они меньше, чем на одну тысячную

градуса!) Астрономы  теперь точно знают, что под влиянием "линзы тяготения",

которую представляют собой тяжелые звезды и, прежде всего, черные дыры,

реальные позиции  многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам

видятся с Земли. Далекие галактики могут выглядеть  для нас бесформенными и

более яркими, чем они есть на самом деле из-за того, что на пути к Земле их

свет взаимодействует  со множеством "линз тяготения". Иногда луч, проходя мимо

тяжелого объекта, расщепляется, и тогда наблюдатель  с Земли видит множество

изображений одного и того же объекта, или же они сливаются  в кольцо.

Моделирование на компьютере показало, например, что свечение газового диска,

вращающегося вокруг черной дыры, видно и сзади ее "капсулы". Это означает:

тяготение столь  велико и пространство так закручено, что свет проходит по

кругу. Поистине там  можно увидеть то, что происходит за углом. Вообразив

совершенно невероятное: некий отважный космонавт решил направить свой корабль

к черной дыре, чтобы  познать ее тайны. Что он увидит в  этом фантастическом

путешествии? По мере приближения к цели часы на космическом корабле будут все

больше и больше отставать - это вытекает из теории относительности. На

подлете к цели наш путешественник окажется как бы в трубе, кольцом окружающей

черную дыру, но ему  будет казаться, что он летит по совершенно прямому

тоннелю, а вовсе  не по кругу. Но космонавта ждет еще  более удивительное

явление: попав за "горизонт событий" и двигаясь по трубе, он будет видеть

свою спину, свой затылок... Общая теория относительности  говорит, что понятия

"вовне" и  "внутри" не имеют объективного  смысла, они относительны так  же, как

указания "налево" или "направо", "верх" или "низ". Вся эта парадоксальная

путаница с направлениями  очень плохо согласуется с нашими повседневными

оценками. Как только корабль пересечет границу черной дыры, люди на Земле уже

не смогут ничего увидеть из того, что там будет  происходить. А на корабле

остановятся часы, все  краски будут смещены в сторону  красного цвета: свет

потеряет часть  энергии в борьбе с гравитацией. Все предметы приобретут

странные искаженные очертания. И, наконец, даже если эта  черная дыра будет

всего вдвое тяжелее, чем наше Солнце, притяжение станет столь сильным, что и

корабль, и его  гипотетический капитан будут вытянуты в шнурок и вскорости

разорваны. Материя, попавшая внутрь черной дыры, не сможет противостоять

силам, влекущим ее к  центру. Вероятно, материя распадется и перейдет в

сингулярное состояние. Согласно некоторым представлениям, эта распавшаяся

материя станет частью какой-то иной Вселенной - черные дыры связывают наш

космос с другими  мирами.

Из окружающей ее окрестности черная дыра высасывает гигантские количества

материи: в каждую минуту проглатывается масса, равная нашему земному шару. Но

прежде чем исчезнуть  в утробе черной дыры, материя завихряется, как вода в

ванне при спуске. Все быстрее и быстрее вращается  ее поток, и, поскольку ее

частицы все сильнее  ударяются одна о другую, они нагреваются  на многие

миллионы градусов Цельсия. Столкновение частиц и рождает  рентгеновское

излучение, которое  улавливают земные астрофизики. Космические  процессы, о

которых здесь было рассказано, в настоящее время происходят достаточно редко.

Почти все рентгеновские  лучи, которые в наши дни регистрирует спутник

"Росат", приходят к нам из далекого прошлого, когда образование звезд шло

энергичнее. Но к  тому времени уже были черные дыры. А совсем недавно, в конце

февраля 1998 года, в  журнале "Астрономические известия" появилась статья, в

которой исследователи пытаются определить время "наибольшего аппетита" у

черных дыр. Расчеты  показывают, что таким аппетитом  они обладали еще до того,

как большинство  газовых шаров сжалось и превратилось в яркие звезды. Черные

дыры в те времена  отличались поистине колоссальной прожорливостью.