Знакомство с черными дырами

Черные дыры – удивительные создания: мало того, что они безвозвратно поглощают окружающую материю, так еще и искривляют пространство и время. Хочешь познакомиться с ними поближе?

О черных дырах написано уже немало научных статей и книг, однако до последнего времени это были не более чем гипотетические рассуждения. Всё поменялось 10 апреля прошлого года, когда астрофизики получили фотографию одной из черных дыр: с той поры даже самые упертые скептики перепали сомневаться в существовании этих загадочных космических объектов. На снимке зафиксирована черная дыра из центра галактики М87, расположенная на удалении 55 световых лет от Земли.

Назвать эту черную дыру просто гигантской – значит, ничего не сказать, ведь ее масса в 63 миллиарда раз превышает массу Солнца! И полученный снимок – самый настоящий технический подвиг, завершивший долгий – в течение целого века! – и упорный труд сотен исследователей, поверивших в правоту Альберта Эйнштейна. Согласно его общей теории относительности, опубликованной в 1915 году, пространство (как и время, но пока оставим этот аспект в стороне) можно рассматривать в виде растянутого полотна ткани, которое прогибается под воздействием массы. Такой взгляд на пространство преображает всю картину мира!

Возьмем, к примеру, астероид, пролетающий так близко от Земли, что траектория его полета отклоняется, и он начинает падать на поверхность нашей планеты. Ничего удивительного, скажешь ты, это земная гравитация заставила астероид «свернуть в сторону». Однако если посмотреть на Вселенную глазами Эйнштейна, то ситуация будет иной: астероид всё время движется по прямой, но в пространстве, искривленном массой Земли.

БЕЗДОННЫЙ КОЛОДЕЦ В ПРОСТРАНСТВЕ-ВРЕМЕНИ

Всё происходит так, как если бы астероид попал в невидимую воронку, на дне которой находится Земля. Если скорость – небесного гостя недостаточна, чтобы проскочить мимо, он начинает кружиться по «стенкам» воронки и в конце концов сваливается на дно, то есть… на нашу планету!

Зачем нужно было придумывать такие сложности? Дело в том, что еще в 1666 году английский физик Исаак Ньютон заметил, что все тела притягиваются друг к другу. И 250 лет физики ломали головы – откуда берется сила, притягивающая один объект к другому? Согласись, если Земля и астероид из нашего примера никак не связаны между собой, то без теории искривленного пространства невозможно понять, что заставило астероид упасть на Землю. Иными словами, модель искривленного пространства объясняет природу гравитации.

Но Эйнштейн, разгадав тайну взаимного притяжения тел, на этом не остановился. Воспользовавшись своими уравнениями, он решил посмотреть, что же будет, если сосредоточить в одной точке пространства колоссальную массу. Вывод был таков: это равносильно рытью космического колодца, настолько глубокого, что абсолютно ничто не сможет подняться вверх по его «стенкам» и обрести свободу. И даже свет, не имеющий себе равных по скорости во Вселенной – 300 000 км/с, – не сможет вырваться оттуда.

Легко представить, в какое волнение пришли астрономы после подобного заявления! Многие из них возмутились: это всё – теоретические рассуждения, и если кто-то утверждает, что черные дыры существуют, то пусть покажет их всем! Только вот любопытно узнать, как это удастся, раз сказано, что из них ничто не в силах вырваться, даже свет… Тем не менее, нашлись и те, кто верил в правоту Эйнштейна, и среди них – американский физик Джон Арчибальд Уилер, который в 1968 году предложил называть таинственные небесные тела «черными дырами».

Астрономические наблюдения вселяли оптимизм. Что с того, что объект теоретически невидим, он же воздействует каким-то образом на окружающие объекты, а значит, его местонахождение всё-таки можно «нащупать»! В 1971 году внимание исследователей привлекла звезда в созвездии Лебедя, очень быстро вращавшаяся вокруг скрытого от глаз сверхмассивного объекта и испускавшая мощный поток рентгеновских лучей.

ЗВЕЗДНЫЙ ПЫЛЕСОС

Естественно, логично было предположить, что таинственным объектом является не что иное, как черная дыра. Именно она притягивает к себе материю вращающейся вокруг нее звезды, вызывая сильные всплески рентгеновского излучения. Всё сошлось как нельзя лучше! Так, Лебедь Х-1 стал первой официально признанной черной дырой. Хотя и небольшой по размеру, с радиусом всего лишь 44 км, зато весьма увесистый – в 15 раз более массивный, чем Солнце. С той поры большинство астрофизиков, наконец, поверило в существование этих невидимок. Затем обнаружилось, что черных дыр много. Более того: они все разные.