Чем мир держится?

Есть старый анекдот про человека, остановившего поднятой рукой машину, но не решающегося открыть дверцу, поскольку это не такси. Он спрашивает у шофера: «А где шашечки?» И слышит в ответ: «Вам шашечки или ехать?»

Пока черные дыры «работают» в науке, они нужны.

Все расчеты, предсказания, идеи, касающиеся черных дыр, имеют смысл только в том случае, если дыры эти представляют собой не только чрезвычайно интересную математическую модель, по и реальные участки реального пространства космоса. Л это в конечном счете могут узнать не теоретики, а астрономы-наблюдатели.

Первоначально казалось очевидным, что положение черной дыры в пространстве может выдать только ее тяготение. В нашем небе астрономы видят множество двойных звезд. На самом деле таких звезд может быть еще больше, только из пары звезд одна, положим, продолжает жить и светиться, а другая умерла и стала черной дырой. Но «труп» звезды в детективе научном тоже нельзя «спрятать»: его масса осталась прежней, его тяготение должно сказываться на движении живой звезды, это движение и выдаст черную дыру пристрастным наблюдателям.

Английский ученый Р. Пенроуз, однако, обратил внимание на то, что предполагаемые космические объекты находят, как правило, не по тем признакам, на которые поначалу полагаются наблюдатели.

«Вполне возможно, — говорит он, — что черные дыры также будут обнаружены через некоторый побочный эффект, о котором мы сейчас даже не подозреваем. Сегодня в астрономии имеются в изобилии различные непонятные явления, которые могут иметь отношение к черным дырам. Известен феноменальный энергетический выход квазаров и радиогалактик, взрывы в центрах обычных галактик, аномальные красные смещения в спектрах некоторых квазаров и галактик, расхождения в определении массы галактик». Впрочем, последнее предложение приведенной цитаты иллюстрирует скорее важность и сложность проблемы черных дыр, чем способы их найти.

Но поиски идут и весьма активно.

Советские физики Я. Б. Зельдович и О. X. Гусейнов обратились к каталогам так называемых спектрально двойных звезд. Двойные звезды чрезвычайно распространены в космосе. Но довольно часто из двух звезд увидеть в телескоп можно только одну, иногда потому, что вторая звезда совсем не излучает света или излучает его очень мало, иногда потому, что более яркая звезда «забивает» своего спутника, хоть он и светится вполне «нормально». Но на спектре света этой первичной звезды сказывается ее обращение вокруг спутника: когда звезда движется по своей орбите в направлении к Земле, линии спектра смещаются к голубому краю, когда от Земли — к красному. Тут действует знаменитый эффект Доплера. Он проявляется тем сильнее, чем массивнее звезда-спутник. Зельдович и Гусейнов среди нескольких сот спектрально двойных звезд выделили пять, в которых спутник по меньшей мере втрое превосходит по массе Солнце. Черная дыра может, конечно, обладать и меньшей массой, но в таком случае сразу исключается, что выделенные спутники — белые карлики или нейтронные звезды.

Американские физики К. Торн и В. Тримбл продолжили эту работу, в их списке оказалось уже восемь кандидатов на звание черной дыры. Увы, все время можно было найти для наблюдаемого эффекта какое-то другое объяснение, кроме черной дыры. К. Торн назвал ученых, подыскивающих такие альтернативные решения, в том числе своего соавтора В. Тримбл, адвокатами дьявола. Надо сказать, что из-за нашего нехорошего отношения к дьяволу, даже несуществующему, слова «адвокат дьявола» сейчас воспринимаются как не слишком лестная характеристика. Между тем происхождение этого термина весьма почтенное и связано с одним из установлений католической церкви. Когда какого-то из ее «героев» решали посмертно объявить святым, по этому поводу устраивался… судебный процесс. На нем шло серьезнейшее разбирательство обстоятельств жизни и деятельности кандидата в святые. При этом одному из самых почтенных богословов поручалось находить все возможные детали, говорящие против «святости» претендента. Этот-то богослов и получал официальное наименование «адвоката дьявола». В нашем случае в роли претендента в «святые», то есть на конкретное место в космосе, выступает черная дыра. Окончательный ответ на вопрос о ее «святости» должны дать наблюдения.

Большие надежды научный мир возлагал на первый рентгеновский телескоп, который был установлен на борту американского спутника «Ухуру», запущенного в 1970 году. Ведь межзведный газ или газ, стянутый черной дырой со звезды-спутника, должен излучать в рентгеновском диапазоне. А спутник тут был нужен постольку, поскольку земная атмосфера надежно защищает нас от вредных рентгеновских лучей. Что защищает нас — хорошо, что наши приборы — плохо.

К весне 1972 года рентгеновский телескоп довольно многое сообщил нам о ста двадцати пяти рентгеновских источниках. В их числе не оказалось ни одного кандидата в «святые». Зато в этом списке шесть рентгеновских источников принадлежат двойным системам звезд, причем таким, которые раньше не считались двойными. К сожалению, два из шести источников выпадали из числа претендентов по некоторым особенностям излучения. Зато четыре до сих пор остаются под сильным подозрением, причем один — Лебедь X–I — считается почти «изобличенным». Масса его, как показали исследования, не меньше восьми масс Солнца. А ведь именно масса — критерий выбора между тремя объектами с такими мощными полями тяготения, в которых падающий газ порождает сильное рентгеновское излучение. Белый карлик не может превосходить Солнце более чем в один и четыре десятых раза. Нейтронная звезда — более чем в три раза. И только черная дыра не имеет ограничений по массе «сверху».

А не так давно журнал «Знание — сила» опубликовал небольшую статью В. Шикана «Увидеть „черную дыру“»? В заглавии стоит знак вопроса. Однако аппаратура для того, чтобы именно увидеть саму черную дыру, создается. Кандидат физико-математических наук В. Шварцман, работающий в Специальной астрофизической обсерватории АН СССР, расположенной на Северном Кавказе, у станицы Зеленчукской, разрабатывает установку, которая должна увидеть то, что как будто уже по определению увидеть нельзя.

Сигналы, естественно, должны быть получены не от самой черной дыры, а от вещества, на нее падающего. Межзвездный газ при таком падении разгоняется постепенно почти до скорости света и разогревается до триллиона градусов. При этом образуются мощнейшие магнитные поля. Движущиеся в них с околосветовыми скоростями электроны излучают энергию в основном в виде света. Часть фотонов успеет уйти — не из самой гравитационной ловушки, конечно, а из ее ближайших окрестностей.

Плотность межзвездного газа — один атом на кубический сантиметр пространства. Вблизи черной звезды она должна увеличиваться, но все равно только очень слабый ореол окружает самое загадочное тело космоса. Считают, что его можно будет увидеть как слабый источник света. А отличить черную дыру от обычной звезды можно постольку, поскольку ее «светимость должна меняться с огромной быстротой — сотни тысяч раз в секунду и к тому же в чисто случайном порядке». Ведь реальный источник света — падающий межзвездный газ, частицы которого достигли околосветовых скоростей. В нем происходит чрезвычайно бурные и неустойчивые процессы. Светимость обычных звезд колеблется гораздо медленнее.

Решение задачи сводится к тому, чтобы не только заметить, но и исследовать источник света с очень быстрыми резкими колебаниями. «Внешне, — пишет В. Шикан, — все выглядит довольно обычно. К небольшому телескопу — рефлектору с зеркалом диаметром 60 сантиметров прикреплен фотометр, регистрирующий изменения яркости звездного объекта. Преобразовав кванты излучения в электронные импульсы, он передает эту информацию по кабелю в устройство, которое измеряет промежутки времени между отдельными квантами и выражает результат словами из двоичных букв. Далее запись вводится в электронно-вычислительную машину… Если его (объекта наблюдения) яркость менялась сравнительно медленно, значит, в объективе находилась обычная звезда. Если же частота колебаний измерялась нано- или микросекундами, это может означать, что мы увидели не что иное, как… „черную дыру“».