Не удивительно: мы не можем заглянуть в них напрямую и проверить свои догадки, запрещенные законами природы. Ученые строят такие теории, что поражаются даже писатели-фантасты: тут и области сингулярности, где физика перестает работать, и порталы в другие измерения... Ведь начиналось все вполне обыденно: три века назад естествоиспытатели наконец-то решили выяснить, что такое земное притяжение. Как известно, первая физико-математическая теория гравитации была сформулирована в году Исааком Ньютоном.

Он ввел закон всемирного тяготения, который описывал, как тела взаимодействуют друг с другом, но не объяснял природу этого взаимодействия. Сам ученый признавал ограниченность своей теории, написав буквально следующее: "Причину этих свойств тяготения я до сих пор не мог вывести из явлений; я не изобретаю гипотез". Тем не менее, из закона Ньютона при желании можно вывести необычные следствия. Например, весьма экзотическую гипотезу выдвинул в году английский естествоиспытатель и теолог Джон Мичелл.

В письме в Королевское общество, которое в то время было самой влиятельной научной организацией в мире, он привел расчет "темного солнца" - звезды с такой силой притяжения, которая не позволяет ее свету вырваться наружу. Оказалось, что для превращения в такой объект наше Солнце должно быть в пятьсот раз больше. Далее Митчелл предположил: раз в космосе достаточно массивных звезд, то среди них должны быть и "темные", но, по понятным причинам, мы их не видим.

Уточнить и расширить ее пришлось в начале ХХ века, когда стало ясно, что она не работает, если тело движется с релятивистской, то есть сравнимой со скоростью света скоростью.

К концу года Альберт Эйнштейн сформулировал новую теорию гравитации, названную общей теорией относительности (ОТО). Концепция Карла Шварцшильда Эйнштейна казалась настолько революционной, что научный мир не сразу принял ее. Одним из доказательств в пользу ОТО стало открытие "замороженных звезд" - сферических сверхмассивных областей пространства, которые Карл Шварцшильд описал с помощью уравнений Эйнштейна. В отличие от идеи Митчелла, в новой модели до нуля замедлялась не скорость света, а само течение времени.

Шварцшильд ввел понятие гравитационного радиуса, который определяет размер, необходимый для "замораживания" звезды. Радиус Шварцшильда можно рассчитать для любого тела: например, для Солнца он составляет 3 км, для Земли - около 9 мм. Если бы было физически возможно сжать наше светило или планету до этих размеров без мгновенного взрыва с переходом материи в энергию, то они стали бы "замороженными" и течение времени на их поверхности немедленно остановилось бы.

С другой стороны, если масса исходного объекта значительна, то нет необходимости сжимать его до предельно малых размеров: скажем, "замороженная звезда" с массой в миллиард солнечных будет иметь плотность воды. Небесные дыры Роберт Оппенгеймер В начале х годов молодой индийский физик Субраманиан Чандрасекар исследовал структуру звезд. Он предположил, что в зависимости от начальной массы они развиваются по-разному. Если масса звезды меньше 1,4 массы Солнца, то по мере старения она сбрасывает свою оболочку и становится белым карликом.

Если масса звезды меньше 1,4 массы Солнца, то она сжигает свое ядерное топливо и становится белым карликом.

Если масса звезды больше этого условного предела, который позже был назван "пределом Чандрасекара", то после сброса оболочки она сожмется в нейтронную звезду. Другие физики, среди которых Фриц Цвикки и Лев Ландау, в серии работ показали, что нейтронные звезды образуются при взрывах сверхновых, но не всегда: самые массивные из них переходят в другое состояние.

В серии работ они показали, что нейтронные звезды образуются при взрывах сверхновых.

Но какой именно? В году Роберт Оппенгеймер, один из будущих создателей американской атомной бомбы, и Хартланд Снайдер показали на упрощенной математической модели, что звезда при коллапсе сжимается до шварцшильдовского радиуса и даже преодолевает его! Вывод выглядел настолько фантастическим, что ученые того времени не решились сделать следующий шаг и заявить: "замороженные звезды" действительно существуют. Черная дыра звездной массы в представлении художника Дальнейшие исследования и расчеты, однако, показали, что в этом нет ничего невероятного.

Массивные звезды во всех случаях становятся "замороженными", сила гравитации возле которых стремится к бесконечности, а время останавливается. И, самое главное, таких объектов во Вселенной должно быть много, ведь ее эволюция началась не вчера.

Теперь астрономам предстояло подтвердить или опровергнуть теоретические выкладки. Постепенно определилась терминология. Установлено, что первым в начале х годов "замороженную звезду" назвал американец Роберт Дик, в своих лекциях он сравнивал этот гипотетический объект с легендарной "Калькуттской черной дырой" - небольшой тюремной камерой форта Уильям, где в июне того года погибли десятки британских заключенных.

Новый термин понравился прежде всего журналистам: начиная с года он стал регулярно появляться на страницах журналов Life и Science News.

В студенческой среде новое название прижилось после выступления Энн Юинг на конференции Американской ассоциации содействия развитию науки в январе того же года на тему "Черные дыры в космосе". Несмотря на это, термин ошибочно приписывают американскому физику Джону Уилеру, который использовал его в своих лекциях, начиная с декабря того же года.

Термин существует уже давно.

Долгое время было популярным предположение, что через черные дыры можно попасть в другие вселенные или эпохи. Конечно, черные дыры также привлекали интерес писателей-фантастов. Необычный космический объект, гравитация которого настолько велика, что останавливает время, будоражил воображение. В романе "Меч Рианнона , который сейчас считается классикой, знаменитый Ли Брэкетт описал "пузырь тьмы", через который персонаж путешествует в прошлое Марса: Этот пузырь пульсирующей черноты - как это похоже на черноту тех густых черных пятен далеко-далеко на краю Галактики, которые, по мнению некоторых ученых, являются отверстиями в саму бесконечность, окнами в бесконечность "за пределами" нашей Вселенной.

С тех пор черные дыры все чаще и чаще появлялись на страницах научно-фантастических книг и журналов. В первую очередь они рассматривались как угроза для будущих звездолетов или как "место заточения" невероятно древних и могущественных существ. Однако с первой половины 20-х годов черные дыры в фантастике стали все больше походить на те описания, которые давали физики. Внутри дыры Ученые довольно быстро определили структуру черных дыр, которую удалось описать с помощью ОТО. В рамках этой теории черная дыра описывается не как материя или энергия, а как мощное гравитационное поле, сосредоточенное в чудовищно искривленной области пространственно-временного континуума.

Внешняя граница черной дыры представляет собой замкнутую поверхность, которую называют "горизонтом событий"; если звезда не вращалась до коллапса, то радиус этой границы совпадает с радиусом Шварцшильда. Снаружи черная дыра ведет себя как обычный космический объект, только очень, очень тяжелый. Если мы направим к ней зонд, который будет передавать световые сигналы через равные промежутки времени, то заметим, что интервалы между сигналами увеличиваются, поскольку время на борту замедляется по мере приближения к "горизонту событий".

Длина световой волны, испускаемой зондом, будет быстро расти, и вскоре сигнал превратится в радиоволны, а затем в низкочастотные электромагнитные колебания, которые практически невозможно зарегистрировать. Как только зонд пересечет "горизонт", информация с платы прекратится.

При этом устройство будет воздействовать на черную дыру, передавая ей свою массу, электрический заряд и вращательный импульс. С точки зрения внешнего наблюдателя, зонд будет падать в центр дыры вечно, но в действительности его разорвут на части растущие приливные силы.

Зонд будет разорван на части растущими приливными силами.

Этот процесс называется "спагеттизацией": объект резко растягивается по вертикали и сжимается по горизонтали. В году американец Эзра Ньюман, используя ГРТ в модификации новозеландца Роя Керра, описал вариант вращающейся черной дыры с мощным электрическим зарядом. Оказалось, что в этом случае дыра будет окружена эргосферой, которую можно покинуть, не впадая в сингулярность.

Кроме того, из дальнейших расчетов следовало, что сингулярность такой дыры будет работать как "червоточина" - туннель в другие вселенные или даже другие эпохи. Конечно, такая богатая идея почти сразу же была использована писателями-фантастами: например, метод транспортировки через черные дыры описан в романе "Война бесконечности" Джо Холдемана Попытка применить квантовую механику к черным дырам также имела интересные последствия.

Эту попытку предпринял в году известный физик Стивен Хокинг. Флуктуации вакуума постоянно порождают пары виртуальных частиц частицы и античастицы, которые при нормальных условиях немедленно "умирают".

Но если такая пара материализуется на "горизонте событий", то одна частица упадет на сингулярность, а при благоприятных условиях вылетит другая. В результате дыра превращается в источник излучения, что получило название "испарение Хокинга". Из его расчетов также следовало, что могут существовать недолговечные дыры микронного размера: во время испарения они должны излучать огромное количество энергии.

Идеи Хокинга, которые он активно пропагандировал в своих научно-популярных работах, быстро нашли применение и в научной фантастике: скажем, микроскопические дыры используются для получения энергии героями романа Джона Варли "Горячая линия Офиучи".

Например, если рядом с черной дырой находится большая звезда, дыра втягивает в себя материю звезды - этот процесс называется аккрецией.

В этом процессе вокруг дыры за счет импульса вращения формируется аккреционный диск, газ в котором разгоняется до релятивистских скоростей и нагревается настолько, что начинает излучать в рентгеновском диапазоне. Соответственно, диск и сама черная дыра могут быть обнаружены с помощью рентгеновского телескопа. К сожалению, с помощью этого метода трудно отличить дыры от нейтронных звезд.

Необходимо заметить важное отличие: газ, падающий на твердую поверхность, продолжает интенсивно излучать, а тот, что приближается к "горизонту событий", быстро затухает. Она находится на расстоянии световых лет и представляет собой бинарную систему, состоящую из голубого сверхгиганта HDE и черной дыры с массой 14,8 солнечных и радиусом "горизонта событий" около км.

Материя в аккреционном диске нагревается до миллионов градусов, генерируя рентгеновское излучение. В то же время из диска вылетают две перпендикулярные струи, унося часть поступающего материала в межзвездное пространство.

Интересно, что в декабре того же года двойной объект Лебедь X-1 стал предметом дружеского пари между физиками Стивеном Хокингом и Кипом Торном: Хокинг поспорил, что там нет черной дыры. Он признал свое поражение в том же году, когда многочисленные наблюдения подтвердили точку зрения его коллеги.

Ставка Торна была удачной.

Торн был вознагражден годовой подпиской на журнал Penthouse. Источник рентгеновского излучения Cygnus X-1 на снимке художника НАСА Модели показывают, что черные дыры могут сталкиваться и сливаться друг с другом. В результате образуются объекты в миллионы и миллиарды солнечных масс. Сегодня астрофизики считают, что такие тела находятся в центрах большинства галактик, включая Млечный Путь. Странное название объекта - шутка ученых: астроном Роберт Браун, открывший черную дыру, сказал, что открытие "очень взволновало его", а звезды в квантовой физике обозначают "возбужденные состояния" атомов.

Апрельское заявление группы ученых из проекта Event Horizon Telescope Project, объединяющего мощности восьми радиотелескопов по всему миру, наделало много шума. Они объявили, что впервые в истории им удалось получить прямое изображение тени сверхмассивной черной дыры. Эта дыра находится в центре галактики М 87 Messier 87, расположенной в созвездии Девы, на расстоянии 53,5 миллиона световых лет. На обработку астрономических данных для получения исторического изображения ушло два года.

Это достижение подтвердило: модель черных дыр, основанная на ГТР, наиболее близка к реальности. Увы, но оно же поставило крест на гипотезе "червоточин" - попасть через черные дыры в другие пространства или эпохи невозможно в принципе.

Кроме того, из этой гипотезы астронома Ника Горки следует, что вся наша Вселенная расположена внутри черной дыры, а в ее центре находится не сингулярность, а самое обычное пространство. Так это или нет, пока неизвестно: посмотрим, что покажут данные. Однако непосредственное изучение черных дыр только начинается.

Навигация

Comments

  1. Я считаю, что Вы не правы. Могу это доказать. Пишите мне в PM.


Add a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *