Phoenix Criminal Lawyer
сентября 5, 2009

 


 


Не следует ожидать, что черные дыры удастся легко обнаружить. Одиночная черная дыра средней (или большей) звездной массы должна быть действительно “очень черной”. Если бы случилось так, что космический корабль двигался в пространстве прямо на черную дыру (что в высшей степени маловероятно), он мог бы влететь в нее, даже не заметив этого, пока не стало бы слишком поздно. Совершенно очевидно, что направленный вперед по ходу движения корабля луч радиолокатора или лазера не предупредил бы экипаж об опасности.

Один из возможных способов обнаружения черной дыры связан с эффектом гравитационной линзы (рис. 37). Как мы узнали в гл. 5, вблизи массивного тела луч света отклоняется от своего первоначального направления так, словно проходит через оптическую линзу. Величина отклонения луча зависит от массы тела и минимального расстояния, на которое луч подходит к массивному телу. Черная дыра может собрать лучи света в одну точку — фокус, и находящийся в этом фокусе наблюдатель увидит увеличенное изображение удаленного объекта, расположенного точно за черной дырой. В случае идеального точечного источника света и точечной гравитационной линзы (т. е. когда черная дыра достаточно мала, чтобы ее массу можно было считать сконцентрированной в точке), изображение также будет собрано в точку, подобно изображению звезды, наблюдаемой в телескоп. Изображение распределенного в пространстве источника примет форму кольца или двух полумесяцев, если источник, “линза” и наблюдатель находятся не строго на прямой линии, т. е. если “линза” смещена относительно луча зрения.

Если бы во Вселенной существовало достаточно много сверхмассивных черных дыр (с массой в 10 солнечных масс каждая), то эффект гравитационной линзы проявился бы в распределении галактик по небесной сфере (в частности, радиогалактик и далеких квазаров). Подобного рода эффекты пока еще не были замечены, а это означает, что очень массивные черные дыры, если они вообще есть,— явление, очень редкое во Вселенной. Впрочем, в одном случае весьма убедительно доказано раздвоение изображения одного и того же квазара; однако предполагается, что роль гравитационной линзы здесь играет массивная галактика, лежащая на пути лучей света, идущих к нам от этого квазара. Действительно, роль гравитационной линзы может играть любое массивное тело, но, чем оно симметричней, тем лучше “оптические свойства” такой линзы.

Высказывалась даже мысль, что в будущем астрономы смогут использовать для наблюдения удаленных объектов само Солнце. В 1979 г. доктор Р. Эшлеман из Станфордского университета высчитал, что обсерватория, удаленная от центра нашей планетной системы на расстояние, примерно в 50 раз превышающее радиус орбиты Плутона, будет находиться вблизи точки, в которой собираются световые лучи, проходящие у края солнечного диска1. В принципе, таким путем можно добиться огромного увеличения. Гравитационная линза обладает еще одним важным свойством: она может собирать в фокусе и тем самым усиливать свет таких слабых источников, которые невозможно наблюдать каким-либо иным способом. Не исключено, что в не столь отдаленном будущем гравитационная астрономия откроет нам еще одно “окно” в окружающий мир.

Однако до сих пор с помощью эффекта гравитационной линзы не удалось найти ни одной черной дыры. Нельзя ли подойти к подобной проблеме как-нибудь иначе? В этом нам могли бы помочь специфические свойства черных дыр: все

1 Легко показать, что точка солнечного “фокуса” находится на расстоянии, равном 10 радиусам орбиты Плутона (см. Мицкевич Н. В. Тезисы 3-й Советской гравитационной конференции, Ереван, 1972, с. 401).— Прим. ред. дыры — компактные объекты с большой массой (первичные черные мини-дыры мы в расчет не принимаем); они не испускают из-под горизонта событий доступного для наблюдения излучения (черные мини-дыры опять не в счет) и поэтому невидимы; обладая сверхсильными гравитационными полями, черные дыры могут быть мощными источниками энергии. Учитывая эти особенности, мы, скорее всего, сможем найти черную дыру по ее воздействию на соседние с ней объекты; наиболее заметно эти эффекты должны проявиться, когда черная дыра находится вблизи обычного вещества. Проявления черных дыр следует искать по траекториям близких к ним звезд или по наличию очень мощных и сверхкомпактных источников энергии.

Черные дыры звездной массы

Каким образом мы могли бы обнаружить черные дыры массой до 100 солнечных масс?

Более половины звезд нашей Галактики входит в двойные или кратные звездные системы, и, как мы уже знаем, некоторые звездные пары содержат белые карлики и нейтронные звезды. Естественно предположить, что существуют двойные системы, содержащие черные дыры. Если один из компонентов двойной системы, эволюционируя быстрее другого, превратится в черную дыру, то обычная звезда и невидимая черная дыра будут продолжать орбитальное движение относительно друг друга. Примеры движения обычных звезд вокруг, казалось бы, невидимого компаньона уже были замечены, но всякий раз этот компаньон оказывался то белым карликом, то нейтронной звездой, слишком слабой, чтобы ее можно было заметить в ярком свете второй обычной звезды.

Большинство двойных систем—спектральные двойные звезды (см. гл. 6), их компоненты находятся слишком близко друг к другу и не видны по отдельности. Наличие невидимого компонента в таком случае обнаруживается в периодическом изменении длины волны спектральных линий наблюдаемой звезды, что свидетельствует о периодическом движении звезды вокруг центра масс двойной системы.

Как мы видели в гл. 6, путем анализа подобного движения можно оценить массы взаимодействующих тел. В звездных парах, где один из компонентов слишком слаб и поэтому ненаблюдаем, оценить его массу можно из наблюдений поведения видимой звезды. Обычно невидимая звезда имеет небольшую массу (и очень малую светимость); как правило, это белый карлик или нейтронная звезда. Но если нам вдруг встретится двойная система с одним видимым компонентом и полной массой, превышающей допустимый для нейтронных звезд предел, то мы имеем все основания полагать, что невидимым объектом в данной системе является черная дыра. Нормальная звезда с массой, скажем, в 10 солнечных масс должна иметь чрезвычайно высокую светимость, и поэтому вряд ли массивный невидимый компонент такой двойной звезды может быть чем-либо иным, нежели черной дырой. Однако только эти соображения еще не могут служить вполне убедительным доказательством. Представление о черной дыре столь фундаментально и неординарно, что вывод о существовании таких удивительных объектов должен основываться на самых строгих и надежных данных. Необходимы дополнительные более убедительные свидетельства.

Если бы звезда и черная дыра составляли достаточно тесную пару, то форма звезды была бы искажена сильным гравитационным полем ее компаньона и звездное вещество перетекало бы в черную дыру. Как мы говорили в гл. 6, звезда достаточно больших размеров, граница поверхности которой выходит за пределы полости Роша (см. рис. 28), теряет значительную часть своего вещества; в частности, оно через внутреннюю точку Лагранжа попадает в поле тяготения соседнего компонента. Даже если звезда целиком заключена в полости Роша, то все равно сильный звездный ветер уносит вещество с ее поверхности, и частично оно захватывается вторым компонентом двойной системы.

Что произойдет с веществом, потерянным звездой, если таким компонентом окажется черная дыра? Вследствие орбитального движения компонентов относительно друг друга унесенное вещество не будет падать на дыру по прямой, а, вращаясь вокруг нее, образует сплюснутый диск, называемый диском аккреции; по мере приближения молекул газа, составляющего этот диск, к горизонту событий скорость их вращательного движения возрастает. На внешнем краю диска аккреции газ будет иметь почти такую же температуру, как на поверхности звезды, но внутри диска в результате нагревания трением температура поднимется до огромных значений, возможно превысит 10 К. Гравитационное поле черной дыры настолько велико, что скорость вещества, падающего на нее по прямой в момент пересечения горизонта событий, должна составлять значительную долю скорости света. А поскольку размеры черной дыры сравнительно малы, то неудивительно, если падающее на нее звездное вещество будет действительно очень горячим.

Вследствие вязкости вещество диска аккреции будет постепенно перемещаться ближе к дыре, так как при столкновениях орбитальный момент соударяющихся частиц уменьшается и траектории их движения приближаются к черной дыре.

Частицы, вращающиеся вокруг черной дыры в непосредственной близости от горизонта событий со скоростью, сравнимой со скоростью света, в конечном итоге пересекают горизонт по спиральным траекториям и исчезают из поля зрения внешнего наблюдателя (для шварцшильдовской черной дыры на расстояниях, меньших трех радиусов Шварцшильда, частицы уже не имеют устойчивых орбит). Как показывают расчеты, при падении вещества диска аккреции в черную дыру должно выделяться огромное количество энергии — около 10% Мс . Однако количество вещества, которое в результате такого процесса может исчезнуть в черной дыре, ограниченно, поскольку если светимость нагретого при падении газа превысит критическое значение (предел Эддингтона), то возникает довольно сильное давление излучения, которое “отбрасывает” падающее в черную дыру вещество.

 

 

Комментировать