Путешествие... в черную дыру!
Теория подсказывает, что на заключительном этапе эволюции — после «выгорания» ядерного горючего — все звезды сжимаются. Однако степень этого сжатия зависит от массы звезды. Если после стадии красного гиганта и сбрасывания внешней оболочки масса ядра звезды окажется меньше 1,2 массы Солнца, то стареющее светило превратится в белый карлик. Если же масса будет более 1,2 и не превысит трех солнечных масс, то конечным результатом эволюции станет нейтронная звезда. Если масса ядра звезды превышает критический предел — три солнечных массы, неизбежна катастрофа: звезда с огромной скоростью начнет сжиматься! Процесс этот необратимый — его ничем нельзя остановить. За какие-то секунды звезда превратится в сверхплотную черную дыру, и уже ничто не сможет вырваться из ее цепких объятий. Это произойдет в тот момент, когда небесное тело сожмется до размеров так называемого гравитационного радиуса. Именно при достижении гравитационного радиуса поле тяготения сжавшейся звезды становится таким сильным, что вторая космическая скорость будет равна скорости света. Вот тут-то и начинаются странные веши!
Согласно общей теории относительности Альберта Эйнштейна геометрические свойства пространства-времени вблизи черной дыры меняются коренным образом. Человеческое воображение даже не в состоянии представить себе то искривление пространства и замедление времени, что происходит в сильном поле тяготения релятивистского объекта. Далекий наблюдатель, следя за катастрофическим сжатием массивной звезды, заметил бы, как с приближением ее поверхности к гравитационному радиусу она как бы застывает. Видимое излучение звезды быстро затухает и «краснеет», так как фотоны теряют энергию в сильном гравитационном поле, и наконец звезда становится невидимой. Ни в какие тол ее кипы ее нельзя больше обнаружить. И все, что произойдет со звездой после того, как она провалится в «гравитационную могилу» — увидеть никому не дано! Ведь чтобы излучение звезды могло вырваться из этой ловушки, ему пришлось бы двигаться со скоростью больше световой, а это физически невозможно!
Звезды с массой более 60 солнечных масс не обладают достаточной устойчивостью и встречаются редко. Поэтому, если такую массу рассматривать как предельную, нетрудно подсчитать, что гравитационный радиус подобной звезды равен 180 км. Можно вычислить значение гравитационного радиуса и для Солнца, и для нашей Земли: получим 3 км и около 1 см соответственно. Но наше дневное светило (тем более Земля!) неспособно на «гравитационный подвиг». Превращение в черную дыру — удел исключительно массивных звезд.
Но как проверить теоретические расчеты? Как убедиться в том, что черные дыры — не какая-то абстракция и не досужий вымысел? Пусть увидеть черную дыру нельзя, но обнаружить ее все-таки можно.
Звезды, как и люди, любят жить нарами. Очень часто они образуют двойные звездные системы. И не исключено, что среди близких двойных звезд есть и такие, у которых один из компонентов — самая настоящая черная дыра. Подобно нейтронной звезде, она может стягивать на себя газ с обычной звезды. Этот газ будет закручиваться орбитальным движением вокруг черной дыры, образуя диск. В результате дыра-невидимка окажется окутанной ореолом мощного рентгеновского излучения, которое можно «уловить» из космоса. В отличие от излучения рентгеновских пульсаров, оно стабильно.
Однако самым падежным критерием установления принадлежности рентгеновского источника к черным дырам является измерение его массы. Массы компонентов /двойной системы можно измерить по их орбитальному движению. И вот оказалось, что у четырех рентгеновских двойных массы рентгеновских источников не менее чем в пять-семь раз превосходят массу Солнца. Первый такой объект — Лебедь Х-1. Ученые считают, что в созвездии Лебедя открыта первая черная дыра но Вселенной. Есть предположения, что в ядрах активных галактик существуют черные дыры с очень большими массами — до 1 млрд масс Солнца!
Струи раскаленного газа, исходящие от оптической (видимой) звезды-сверхгиганта, закручиваются вокруг черной дыры по сходящейся к ее центру спирали и исчезают в пси. Падение на нее новых порций вещества только увеличивает массу черной дыры, но заполнить дыру «до краев» нельзя ничем!
Не приведи Бог оказаться путешественникам под горизонтом событий черной дыры. Оттуда нет выхода назад! И независимо от мощности двигателей корабль с большим ускорением станет падать к центру черной дыры. Движение в обратном направлении (от центра!) просто невозможно. При этом приливные силы неограниченно нарастают и разрывают корабль па части... Проникновение в черную дыру равносильно самоубийству.
Допустим, что космонавту, оказавшемуся под горизонтом событий, то есть в черной дыре, удалось каким-то образом уцелеть. Тогда он увидел бы совершенно другую Вселенную и, вероятно, свое будущее. Объяснить это можно тем, что внутри черной дыры пространственная и временная координаты как бы меняются местами и путешествие в пространстве здесь заменяется путешествием во времени. Но так ли безвозвратно исчезает все вещество в этой бездонной «черной пропасти»?
Оказалось, что ничего не излучающие «мертвые» черные дыры могут «испаряться» в результате гак называемых квантовых процессов, протекающих в сильных гравитационных полях. Па первый взгляд это кажется еще более удивительным, чем сам факт существования черных дыр. Теоретические исследования английского ученого С. Хокннга показали: если на черную дыру не падают извне вещество и излучение, она начинает терять массу и уменьшается. Мало того, она может даже полностью «испариться»! Принципиальная важность этого (пока чисто теоретического) положении состоит о том, что опровергнуто представление о вечности черных дыр: они способны медленно исчезать, превращаясь в тепловое излучение. В конце же эволюции черной дыры происходит лавинообразное выделение энергии, эквивалентное взрыву 1 млн мегатонных водородных бомб!
Открытие черных дыр — это важное доказательство наличия во Вселенной совершенно необычных — релятивистских пространственно-временных структур, это и новое осмысление процессов эволюции материи во Вселенной.
|
|
Читайте в рубрике «Космогония»: |