Тайны космоса

Свое название они получили из-за того, что, по мнению теоретиков, электроны и протоны атомов вещества, из которого когда-то состояли эти небесные тела, были «смяты» силой гравитации до такой степени, что превратились в более компактные нейтроны.

Нейтронные звезды — важный ключ к пониманию природы образования черных дыр, поскольку эти два объекта, по всей вероятности, возникли одинаковым путем — в результате гибели больших звезд.

Сценарий тут примерно таков. Звезды, как и люди, имеют свой цикл жизненного развития. Причем светила, превышающие по массе наше Солнце в десятки, а то и сотни раз, на последней стадии своего существования, перед тем как угаснуть окончательно, на короткое время превращаются в сверхновые звезды. Говоря попросту, они взрываются, разбрасывая вокруг осколки вещества. То же, что остается после взрыва — масса, примерно соответствующая весу Солнца, — может затем превратиться в нейтронную звезду, сжавшись под действием собственной силы тяжести. Если же остаток достаточно велик, как минимум втрое превышает массу Солнца, то сжатие может оказаться настолько сильным, что бывшая звезда превратится в черную дыру.

Так, по крайней мере, получалось по расчетам теоретиков. Но соответствует ли это действительности? И как можно обнаружить черные дыры?

Это и попытался выяснить профессор Стивен Хокинг из Кембриджа в конце 60-х годов.

Черные дыры, кажется, «засветились». Что происходит, когда огромное количество звездного вещества втягивается в черную дыру? Эту проблему Хокинг исследовал вместе со своим коллегой Роджером Пенроузом, ныне профессором Оксфорда. У них получилось, что вещество достигает точки сингулярности, где плотность становится бесконечной и все физические законы перестают действовать.

Иными словами, происходит нечто прямо противоположное расширению Вселенной — своего рода Большой взрыв, только с обратным знаком. Так первичная точка, из которой родилась Вселенная, становится матерью всех дальнейших сингулярностей.

Тогда же, 30 лет назад, в голову Хокинга пришла еще одна идея. Черные дыры, по его мнению, не совсем черные. Когда Хокинг применил для анализа квантовую механику, вышло, что черные дыры при определенных условиях должны испускать в окружающее пространство некие частицы. С ними они мало-помалу теряют свою энергию и, уменьшаясь в размерах, могут со временем взорваться.

Теоретически радиацию Хокинга — так теперь называют подмеченное им явление — можно зафиксировать экспериментально. Этим сейчас и занимаются астрофизики многих стран.

Первое важное свидетельство существования подобных объектов появилось в 1971 году, когда с помощью спутников в созвездии Лебедя был обнаружен источник рентгеновского излучения, названный Лебедем Х-1. Он обращался по орбите вокруг голубой сверхгигантской звезды, в 30 раз превышающей по массе Солнце.

Вообще-то говоря, ничего особенного в обнаружении двойной звезды не было — на сегодняшний день таких объектов обнаружено во Вселенной уже несколько сотен. Из них порядка 150 двойных звездных систем испускают рентгеновское излучение. Почти во всех случаях оно вызывается горячим газом, попадающим на нейтронную звезду со звезды-"компаньона". Но в случае с Лебедем Х-1 наблюдения показали, что источник рентгеновского излучения должен иметь массу, вдесятеро большую, чем у Солнца. А это слишком много для нейтронной звезды. Тогда что черная дыра? «Природа Лебедя Х-1 представляется достаточно определенной, — сказал по этому поводу доктор Питер Стенфорд из Муллардской лаборатории космических исследований в Лондоне. — Суть явления заключается в том, что газ с видимой звезды»компаньонки" втягивается в исключительно сильное гравитационное поле, окружающее черную дыру, и нагревается до десятков миллионов градусов, испуская при этом рентгеновское излучение".

Почему же при этом сама звезда не проваливается в черную дыру? По той же причине, по какой Луна не падает на Землю: два небесных тела удерживаются в равновесии в результате их орбитального движения друг вокруг друга.

Вслед за первым открытием последовало другое. Стенфорд и его коллеги исследовали другой, еще более интригующий объект, получивший название Х-Персея. Здесь была обнаружена черная дыра, превышающая по массе наше Солнце в 40 раз.

И пошло-поехало — открытия черных дыр посыпались как из рога изобилия. Скажем, одна такая «дыра» была обнаружена неподалеку от нас — в каких-нибудь 20 млн световых лет от нашей Солнечной системы. Конечно, подобное образование так и не удалось увидеть воочию. Однако наблюдатели обратили внимание, что в галактике М87 слишком уж возрастает яркость звездного света по направлению к центру. «Такое ощущение, что звезды там решили устроиться плотно, словно селедки в бочке, — сказал по этому поводу американский астроном Тодд Лауэр. — Это явно неспроста».

В эту замечательную точку и был нацелен орбитальный телескоп «Хаббл». На полученных снимках ученые увидели нечто, напоминающее по конфигурации воронку мыльной воды, сливаемой в отверстие ванны. Только в небе кружилась не вода, а межзвездный газ.

Спектрограф телескопа, специально предназначенный для оценки параметров смутных объектов, измерил длину волны излучения в тех частях газовой спирали, которые удаляются или, напротив, приближаются к нам. Разница в величинах позволила определить скорость вращения воронки. Она оказалась ошеломляющей — 1920 тыс. км/ч! Отсюда нетрудно оказалось вычислить и гравитационную мощность черной дыры. Масса этого объекта оказалась эквивалентна 3 млрд Солнц при практически одинаковых диаметрах.

И эта находка — не единственная. Немногим позднее в нашей родной Галактике Млечный Путь была обнаружена еще одна дыра, правда, миниатюрнее первой. Она имеет массу «всего лишь» в 1,3 млн масс Солнца.

Каждой галактике — по дыре? «Все свое имущество я еще не готов прозакладывать в споре, что черные дыры существуют в действительности, — заявил недавно на научной конференции Дуглас Ричстоун, астрофизик из Мичиганского университета, — но машину уже готов заложить. И поверьте, это очень хороший автомобиль».

А между тем за Ричстоуном издавна ходила слава самого консервативного астрофизика Западного полушария. И что же тогда заставило его если не окончательно расстаться со своими сомнениями, то, по крайней мере, в значительной степени продвинуться по пути полного признания черных дыр? Открытия, сделанные примерно полгода назад…

Наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл» и двух мощных телескопов на Гавайях, привели ученых к выводу, что у каждой галактики, в том числе и у нашего Млечного Пути, есть своя черная дыра.

Находится она в самом центре, и ее масса, скорее всего, пропорциональна массе самой галактики.

Кроме того, ученые нашли, что существует четкая граница, окружающая кольцом черную дыру. Мчащийся вихрь вещества может по пути растерять какие-то частицы, но что попало уже за эту границу, назад не вырвется. Граница называется «горизонтом событий» — наверное, потому, что за ним уже никакие события не прослеживаются, как не видно предметов за обычным горизонтом.

Эту границу обнаружила группа исследователей из Кембриджа, штат Массачусетс. Рамаш Нараян, глава группы, считает данное открытие неопровержимым доказательством черных дыр.

А упоминавшийся уже нами скептик Ричстоун вместе со своими коллегами открыл недавно, что черные дыры есть практически во всех галактиках. На недавнем симпозиуме Американского астрономического общества, где Ричстоун решил рискнуть собственным автомобилем, распространялась также и книга «Фатальная привлекательность гравитации». Ее авторы — Митчелл Догельман из Колорадского университета и Мартин Риф из Кембриджа (Англия), пишут, что черные дыры являют собой окончательное торжество гравитации над всеми остальными силами природы. «Когда мы полностью разберемся в черных дырах, — утверждают исследователи, — мы поймем и происхождение Вселенной, и всю ее историю…» Открытие Ричстоуна и его коллег — серьезный шаг в данном направлении.