Черные дыры
Оптический и радиодиапазоны не являются единственными каналами, по котором ученые могут принимать излучения из Вселенной. В середине XX века стал использоваться канал ИК-излучения, затем УФ-, рентгеновского. Было зафиксировано гамма-излучение, исходящее из центральной части нашей звездной системы. Ученые пока не могут объяснить его природу.
Источниками рентгеновского излучения, как выяснилось, являлись Солнце, пульсары, некоторое квазары и т. д., а также непонятные источники: Геркулес Х-1, Центавр Х-1, Центавр Х-3, Лебедь Х-1. Только в конце XX века стало известно, что это тесные двойные системы, в каждую из которых входит обычная звезда-гигант и нейтронная звезда, или черная дара.
Черные дары всегда интересовали не только астрономов, но и людей, не связанных с этой наукой. Существует множество теорий (как научных, так и фантастических), по-разному объяснявших это загадочнее явление. История изучения верных дыр довольно интересна, т. к. ни одному исследователю до недавнего времени не удавалось обнаружить черную дару.
В 1916 году немецкий астроном Карл Шварцшильд получил точный результат уравнения обшей теории относительности. Из него вытекало, что пустое пространство вокруг массивней точки обладает особенностью на расстоянии от нее. Впоследствии эту величину стали называть шварцшильдским радиусом, а соответствующую поверхность или горизонт событий — шварцшильдскей поверхностью. Полагают, что световой квант (или любое другое вещество), приблизившись к черной дыре на расстояние, уже не сможет противиться громадной силе гравитации и будет притянут к этому загадочному объекту. Следует отметить, что идея возможности существования черных дар всерьез не обсуждалась.
В 30-е годы XX века астрономами были предсказаны, а затем и открыты компактные объекты — белые карлики и нейтронные звезды, являвшиеся одним из этапов эволюции нормальных звезд, довольно скоро ученые пришли к выводу, что для создания условий, описанных Шварцшпльдом, ядро массивней звезды под действием гравитационного коллапса должно стать очень малым объектом и не вращаться вокруг своей оси. Однако таксе тело не будет излучать электромагнитные волны, поэтому его будет очень сложно обнаружить. По этой причине долгое время никто не занимался поиском верных дар во Вселенной.
Через некоторое время интерес к черным дарам снова возрос. Астрономы изучили их свойства: массивность, невидимость, компактность и пришли к выводу, что легче всего их обнаружить по гравитационному взаиурцействию с окружавшей матерная, т. е. с наиболее близко расположенными звездами. Предпринимались неоднократные, но безуспешные попытки обнаружить черные дары вблизи двойных звезд.
Затем было замечено, что черные дыры можно зафиксировать в тесных двойных системах с помощью рентгеновских телескопов, запушенных на орбиту. Они притягивали материи соседних звезд и поглощали ее, при этом звезды раскалялись до температуры в миллионы градусов и на некоторое время превращались в источники рентгеновского освещения.
Согласно предположениям, черная дыра в паре с нормальней звездой обращается вокруг единого центра тяжести. Исходя из этого и зная скорость движения звезды, можно определить примерную массу черной дыры. Ученые предполагают, что, если масса сжимавшегося ядра звезды превосходит 3 абсолютные звездные величины, она неизбежно превратится в черную дыру.
На протяжении последующих лет ученые обнаружили более десятка двойных звездных систем, в которых масса невидимой звезды превосходит 3 абсолютные звездные величины. Были зафиксированы признаки втягивания вещества в черную дару: быстрые колебания блеска, характерные для горячего газа, с большой скоростью вращавшегося вокруг компактного объекта. Среди них наиболее перспективней считали рентгеновскую двойную звезду V404 Лебедя: масса невидимого тела, по предположениям, превышала 6 абсолютных звездных величин.
Продолжается изучение ядер галактик: в них происходит скапливание и уплотнение большого количества вещества, а также столкновение звезд, что является подходящими условиями для формирования черных дар. Как полагают ученые, они могут иметь очень большие размеры, в миллионы раз превосходящие размеры Солнца. В пределах нашей Галактики, как полагают ученье, имеется дара с массой около 2 млн. абсолютных звездных величин.
Долгое время никому из исследователей не удавалось обнаружить черную дыру, но не так давно поиски все же увенчались успехом.
Загадочный объект открыл астрофизик НАСА (Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства) Джозеф Долан. С помощью телескопа Хаббла он смог зафиксировать в созвездии Лебедя признаки деятельности черной дары: громадные газовые облака, являющиеся веществом звезды-спутника и притянутые ею. астрофизик наблюдал их как слабые ультрафиолетовые импульсы вблизи некоего массивного и компактного объекта Лебедь XR-1. При приближении облака к горизонту событий они меняли длину волны, а затем полностью угасали.
Долан занимался изучением черных дыр восемь с половиной лет и обработал большое количество материала, прежде чем сделать это открытие. Однако его чуть было не опередили. Физики, работавшие с рентгеновским телескопом «Чанрда», тоже заметили черную дыру, но Долан успел обнародовать свое сенсационное открытие на два дня раньше.
До сих пор неизвестно, какие процессы возникают в глубине черной дары и что происходит с захваченной материей. Астрофизики предлагают самые фантастические гипотезы. Одни считают, что вещество, притянутое черной дырой, перетекает через ее центр в параллельный мир. Другие полагают, что в этом месте перестают действовать все известные законы физики, поэтому там может произойти вое, что угодно, например может родиться дьявол.
Многие соглашаются с тем, что в районе черной дыры, в непосредственной близости к горизонту событий, понятия «пространство» и «время» приобретают совершенно другой смысл.
На сегодняшний день исследователи, изучив весь имевшийся материал, стараются выявить свойства черных дыр по проявляющимся вблизи них не известным ранее законам гравитации. Этим занимается одно из ведущих направлений физики, которое так и называется: исследование черных дыр.
Существует несколько теорий гравитации. В слабом поле, несмотря на большие различия в теориях, результаты всегда получались сходными. Однако черная дара обладает очень сильным полем, поэтому в данном случае результаты существенно расходятся. После сравнения различных теорий большинство ученых остановились на теории гравитации Эйнштейна как на самой удачной. Согласно этой теории, черные дары обладают следующими свойствами.
На большом расстоянии от черной дыры время движется быстрее, чем вблизи нее. Это означает, что если исследователь, находясь рядом с черной дырой, бросит в ее сторону какой-нибудь предмет, например зажженный фонарь, то увидит, что его скорость движения будет некоторое время увеличиваться. При приближении к горизонту действия скорость притяжения уменьшится, фонарь будет постепенно тускнеть, изменяя свет на красный. Исследователю будет казаться, что предмет перестал двигаться, так и не достигнув поверхности дары. Однако, если бы он сам постарался приблизится к черной дыре, то в несколько мгновений пересек бы горизонт действия и, достигнув центра черной звезды, погиб, будучи разорванным мощными приливными силами этого явления.
Независимо от размеров и строения тела, после его погружения в черную дыру исследователь сможет определить только его массу, момент импульса и электрический заряд. Остальные свойства тела, например распределение плотности, форма, химический состав, при его погружении в черную дару исчезают. Так, если тело не получило заряда и не вращалось вокруг своей оси, то при его взаимодействии с черной дырой исследователь зафиксирует гравитационные волны, по которым сможет определить форму тела.
В том случае, если тело вращалось вокруг своей оси, исследователь сможет зафиксировать в области черной дыры вихревое гравитационное поле, под действием которого все тела, расположенные недалеко от дыры, тоже начнут вращаться.
Вещество, попавшее внутрь черной дыры, перемешается к центру и образует сингулярность, имеющую высокую плотность.
Общепринятой считается теория, что все, что попадает в черную дару, бесследно исчезает. Однако некоторые ученье говорят о возможности отделения, испарения квантов черных дар, что может даже привести к полному уничтожению черных дыр.
Так развивалась и продолжает развиваться астрономия в наши дни. Несмотря на огромные достижения этой науки в XX веке, во Вселенной остается очень много непознанных и неоткрытых явлений.
|
|
Читайте в рубрике «Галактики Вселенной»: |