НАУЧНЫЙ ФАКТ
КОСМОС

Черные дыры: что нового?

В научной фантастике встретишь и такое. «Корабль “Энтерпрайз”, безмолвно скользя, приближался к черной дыре – к этим звездным вратам, открывавшим путь в другую Вселенную...» Для ученых подобные фантазии звучали сущей бессмыслицей. Ведь любой корабль, ненароком подобравшийся к черной дыре, будет буквально измолот – раздавлен и раздроблен – в этой гравитационной ловушке.
В последние годы наши представления о черных дырах заметно изменились. Еще недавно эти объекты считались экзотическими. Теперь астрономы уверены, что Вселенная изобилует черными дырами. По расчетам ученых, их не менее 400 миллионов. Парадоксально, но факт: почти половина всего света во Вселенной порождена самыми мрачными космическими объектами – черными дырами. Они преобразуют материю в энергию эффективнее, чем любая звезда.
В какой-то мере черные дыры воплощают судьбу нашей Вселенной. Ведь предысторию Большого Взрыва можно представить себе и так. Допустим, во время оно существовала другая Вселенная, но она не расширялась, а сжималась. Ее галактики и звезды неуклонно двигались навстречу друг другу, словно посреди космоса разверзлась пучина и все скатывалось и проваливалось туда. Масса этой бездны все возрастала, и сильнее делалось ее притяжение. Произошел коллапс. В какой-то момент вся масса прежней Вселенной сосредоточилась в одной-единственной точке – особой “сингулярной” точке. Весь мир сжался в этой точке до предела, и вдруг космическая пружина решительно распрямилась, будто подброшенная взрывом. Из той же самой “сингулярной” точки родилась наша Вселенная.
Однако механизм коллапса поразительно напоминает схему формирования черной дыры. Когда звезда “выгорает”, ее руины под действием собственной тяжести сжимаются. На месте звезды образуется невероятно плотный объект – черная дыра. Даже свет не может вырваться из ее недр. В то же время лишь на ее примере можно изучать процессы, которые предшествовали Большому Взрыву и привели к рождению новой Вселенной. Черная дыра – их живая модель, заменяющая космологам сложнейшие математические формулы, которыми они описывают Большой Взрыв.

Черные дыры превратятся в элементарные частицы?

Тридцать лет назад британский астрофизик Стивен Хоукинг доказал, что в результате квантово-механических процессов черные дыры когда-нибудь испарятся почти полностью. Могут остаться лишь крохотные, но стабильные сгустки размером порядка 10* – 33 (десять в минус тридцать третьей степени) сантиметра, что соответствует известной константе – так называемой длине Планка. Возможно, подобные сгустки – реликты бывших черных дыр – образуют новый, неизвестный науке тип элементарных частиц. Пока их существование не доказано, но ученые уже подобрали этим частицам имена: “информоны”, “инфотоны” или “корнукопионы” (от английского слова cornucopia – “рог изобилия”).

Как же они растут?

Черные дыры редко пребывают в покое. Обычно они поглощают звезды, галактический газ и клубы пыли, а также электромагнитное излучение. Процесс этот очень динамичен. Десятилетиями ученые пытались детально описать, как расширяется горизонт черной дыры. Лишь в 2002 году на страницах журнала “Physical Review Letters” была опубликована теория, связавшая воедино основные свойства черных дыр – массу, импульс вращения и электрический заряд – с количеством поглощаемых материи и излучения. Авторами теории стали американские физики Абхэй Аштекар и Бадри Кришнан. Почти десять лет назад они занялись описанием черных дыр, которые абсолютно изолированы от окружающего мира. “После этого, – вспоминает Кришнан, – показалось вполне естественным обобщить полученные результаты для динамических черных дыр... Мне хотелось рассмотреть лишь один частный случай – сферический горизонт. Я не ожидал, что мы могли бы найти общее решение этих уравнений”. Но ученым повезло. Сделанное ими в 1999 году определение “динамического горизонта” точно вписывалось в уравнения Эйнштейна. “Мы были поражены, как все сошлось, – признается Аштекар. – Мы могли, например, вывести уравнение, которое описывало бы, как растет горизонт по мере поглощения энергии”. Критики отмечают, что результаты очень важны для понимания природы черных дыр. Используя эти результаты, можно рассчитать, например, движение гравитационных волн или поведение аккреционного диска.

Открыт новый класс черных дыр?

В начале 2004 года американская космическая обсерватория “Чандра”, возможно, открыла новый класс космических рентгеновских источников. Их температура не превышает четырех миллионов градусов. Обычно же подобные объекты разогреты до 10 миллионов градусов и выше. В то же время температура “белых карликов”, также являющихся источниками рентгеновского излучения, не превышает нескольких сотен тысяч градусов. Стоит отметить, что интенсивность излучения новых космических объектов выше, чем нейтронных звезд или черных дыр с массой, равной нескольким солнечным массам. Их масса в несколько сотен раз превышает солнечную.

Черную дыру удалось взвесить

В 2003 году впервые удалось хотя бы приблизительно взвесить черную дыру, расположенную в центре отдаленной звездной системы. Группа канадских исследователей во главе с Крисом Уиллотом изучила спектр квазара SDSSJ 1148 + 5251. Они обратили особое внимание на спектральную линию, которая соответствует простому ионизованному магнию. По ее положению можно определить, как далеко этот космический объект находится. Ширина линии показывает скорость, с какой движется газ вблизи черной дыры, находящейся посредине квазара. Чем массивнее черная дыра, тем быстрее мчится газ. По оценке ученых, масса этой черной дыры составляет около 6 х 10* 36 [десять в тридцать шестой степени], что почти в три миллиарда раз превышает массу Солнца.

Теперь они завелись в лаборатории!

Ученые долго не могли понять, почему черная дыра выбрасывает в космос потоки раскаленной материи – джеты. А вот недавно подобный эффект удалось наблюдать в лаборатории. Физики Скотт Cю и Пол Беллан из Калифорнийского технологического института воссоздали в лабораторных условиях водородную плазму – смесь ионизованных атомов вроде той, что бурлит на краю черной дыры. Потом они включили мощное магнитное поле, поскольку оно есть в окрестности черной дыры. Тут же плазма стала выбрасывать фонтанчики раскаленного вещества – почти как черная дыра в космосе.

А.ГРУИНКИН

Ваше мнение

Мы будем благодарны, если Вы найдете время высказать свое мнение о данной статье, свое впечатление от нее. Спасибо.

"Первое сентября"