Тайны космоса

Пожиратели светил. Сегодня ученым стало ясно, что черные дыры бывают по меньшей мере двух сортов — звездные и галактические.

Звездные — поменьше; формируется такая дыра после того, как гигантская звезда, раз в 50 массивнее Солнца, исчерпает свое топливо и, сбросив оболочку, сожмется в шар диаметром 15-20 км. В большинстве случаев результатом такого коллапса становится образование плотной нейтронной звезды. Но иногда получается черная дыра, одиноко летящая в межзвездном пространстве и поглощающая все, что ни попадется на пути — газ, пыль, обломки астероидов и планет… Увидеть ее нельзя; ее можно только смоделировать на компьютере.

Однако некоторые черные дыры звездного размера все же обнаруживают себя, поскольку, как уже говорилось, представляют собой часть двойной системы — «компаньонку» обычной звезды. И, видя, как со звезды слетает и исчезает невесть куда часть материи, астрономы начинают подозревать неладное.

Недавно, например, исследователи обнаружили еще одну подобную пару. Оказалось, что некий спиралеобразный диск, значившийся под шифром В 404 CLJ, едва заметный в рентгеновском излучении, отсасывает из соседней звезды газ и прямо на глазах изумленных исследователей приканчивает ее.

Галактические черные дыры — в миллионы и миллиарды раз массивнее звездных. Они скрываются в самом центре галактик. Это свидетели почти всей истории Вселенной.

Три года назад телескоп «Хаббл» собрал неоспоримые свидетельства существования такой дыры в галактике М87. Газовый поток втягивался в воронку и закручивался уже на расстоянии 500 световых лет от роковой черты. Перед самым падением в дыру газ, словно агонизируя, выпускал струю электронов.

Такая же картина предстала перед взором астрономов и в нашей собственной Галактике — в центре Млечного Пути, в двух галактиках созвездия Льва и в одной из созвездия Девы.

Всего к настоящему времени обнаружено 11 галактических черных дыр, чья масса варьируется от 2 млн до 1 млрд солнечных масс. И чем массивнее, мощнее черная дыра, тем с большей скоростью мчатся в ее ненасытную пасть близлежащие звезды и прочие космические объекты.

И Млечный Путь ведет в дыру? Как уже говорилось, Стивен Хокинг предположил, что наряду с огромными — галактическими и звездными — черными дырами могут существовать и маленькие. «Такие мини-дыры могли образоваться в турбулентных завихрениях исключительной плотности и давления в результате Большого взрыва, с которого началось существование нашей Вселенной. И таких крошечных дыр должно быть в пространстве — видимо-невидимо!» — утверждает теоретик.

Предположение Хокинга пока еще остается гипотезой. Но шансы на то, что оно превратится в теорию, а потом и подтвердится на практике, повышаются с каждым днем — число обнаруженных черных дыр все увеличивается. Так, скажем, недавно германские астрономы пришли к выводу, что центральная часть нашей Галактики — Млечный Путь — представляет собой черную дыру.

Во всяком случае, Рейнхард Генцель, сотрудник Института внеземной физики имени Макса Планка, расположенного близ Мюнхена, заявил следующее: «Хотя строгих доказательств существования такой дыры пока еще нет, догадка основана на тех выводах, которые были сделаны фундаментальной наукой за последние годы».

Начиная с 1992 года сотрудники института предприняли тщательное измерение скоростей 39 звезд нашей Галактики. В результате измерений и выяснилось, что все они действительно движутся по круговым орбитам относительно притягивающей их центральной массы. Причем правильность формы орбит показывает, что данная масса огромна — в 2,5 млн раз превышает солнечную. Между тем телескопы и другие наблюдательные приборы не видят в данном месте пространства ничего. Отсюда и последовало логичное предположение: в центре Млечного Пути есть черная дыра.

Вселенские «пылесосы». Для чего природе черные дыры? Многие астрономы полагают, что деятельность по крайней мере некоторых из них тесно связана с квазарами. Так называются квазизвездные небесные объекты, не превышающие по размерам Солнечную систему, однако излучающие энергию с такой интенсивностью, как это не могут сделать и 100 млрд звезд, вместе взятые!

Откуда квазары берут на это энергию? Одно из предположений гласит: им поставляют ее черные дыры. Они, дескать, работают как вселенские пылесосы, всасывая в себя все и вся. Ну а поскольку согласно закону сохранения энергии материя не может исчезнуть бесследно, то она затем и излучается квазарами.

Однако если это так, то, получается, черные дыры должны быть связаны между собой какими-то энергетическими туннелями? Что именно собой представляют подобные туннели, как они устроены, ученые пока не знают.

Не могут они ответить также и на вопрос, должны ли квазар и черная дыра, взаимосвязанные между собой, обязательно находиться в одной галактике. По логике, можно допустить, что они попадаются в разных звездных скоплениях и даже, возможно, в разных мирах.

Если данное предположение подтвердится, то получится, что черные дыры являются не только довольно распространенными объектами Вселенной, но и способны служить точками перехода в иные измерения. О такой возможности давно уже говорят фантасты и некоторые теоретики. Да и вообще черные дыры таят в себе много диковинного…

Падение в бездну. В черных дырах внутреннее становится внешним, прямое — кривым. Наши привычные представления теряют всякий смысл. Пространство искривляется так сильно, что время останавливается. Граница между нашим миром и другими размывается.

Никакое другое явление природы не способно взорвать, опрокинуть, смести наши привычные представления о мире так, как это делают черные дыры космические объекты, наделенные самыми причудливыми свойствами. С другой стороны, как ни поражают они наше с вами дилетантское воображение, на взгляд физиков, они устроены на удивление просто. Их поведение можно полностью описать с помощью всего трех физических параметров: массы, заряда и момента количества движения.

Черные дыры — самые массивные объекты во Вселенной. А как предсказывал Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности, масса искривляет пространство. Поэтому там, где сосредоточена громадная масса, свет отклоняется от прямолинейной траектории и движется по кривой. Впервые этот эффект наблюдался в 1919 году во время полного солнечного затмения. Случившееся стало событием в истории физики. Измерения, проделанные учеными, уникальны по своей точности: отклонения звезд составили менее тысячной доли градуса.

Аналогичный эффект можно наблюдать и в данном случае. Когда световые лучи минуют черную дыру, их траектория искривляется. Наблюдается так называемый эффект гравитационной линзы. С определенной закономерностью меняется положение звезд: отдаленные галактики бесформенно искажаются; они выглядят ярче, чем на самом деле. Нередко свет, излучаемый ими, расщепляется. Таким образом, наблюдатель видит несколько изображений одного и того же объекта, лежащего за гравитационной линзой. Подчас вместо одного-единственного объекта мы видим ярко светящееся кольцо.

Когда световые лучи оказываются на определенном расстоянии от черной дыры, они либо начинают вращаться вокруг этого загадочного объекта, либо, двигаясь по спирали, падают в недра черной дыры и исчезают там навеки.

Компьютерные модели показывают, что вращающуюся черную дыру окружает раскаленный, светящийся газопылевой диск. Это свечение выдает присутствие гравитационного чудовища. Пространство в окрестностях черной дыры искажено настолько, что можно буквально заглянуть за угол.

Одна из таких моделей, например, показывает, что наблюдатель под углом 13 градусов смотрит на диск диаметром 1 млрд км. Черной дыры внутри диска поначалу нет, он напоминает кольцо Сатурна. Теперь поместим внутри него черную дыру, масса которой в 100 млн раз превышает массу Солнца. Под действием гравитации изображение диска изогнется и будет напоминать поля шляпы. А диск и черная дыра начинают вращаться, возникает асимметрия.

Еще одна любопытная компьютерная модель. Представим, что наблюдатель находится внутри кольцевого туннеля, окружающего черную дыру. На определенном расстоянии от нее экспериментатору начинает казаться, что туннель уже не огибает этот загадочный объект, а вытянулся по струнке. Еще удивительнее: вглядываясь в даль туннеля, человек неожиданно замечает впереди себя… свой собственный затылок. Переместим бесстрашного натуралиста поближе к черной дыре. Теперь туннель как будто поворачивается в сторону от черной дыры. Меняется опять же на взгляд нашего озадаченного наблюдателя — и направление, в котором действует центробежная сила: сейчас она направлена уже по радиусу к центру окружности, а не наружу. Под действием огромной гравитационной силы пространство выворачивается наизнанку: внешнее становится внутренним, внутреннее — внешним.