Тайны космоса

Впрочем, вывод Лапласа долгое время оставался не более чем теоретическим курьезом. Подобная история повторилась еще раз, в 1939 году, когда группа физиков, возглавляемая Робертом Оппенгеймером, ставшим впоследствии отцом атомной бомбы, доказала, что аналогичный вывод следует из общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Астрономы полагали, что если даже черные дыры и существуют, то, согласно теории, они должны быть невидимыми, и поэтому их невозможно обнаружить. Так стоит ли вообще беспокоиться?

Подобное отношение изменилось только в 1968 году, когда радиоастрономы из Кембриджа объявили об открытии пульсаров — небольших по космическим масштабам, даже крошечных пульсирующих объектов, которые, как вскоре выяснилось, оказались нейтронными звездами. Они представляют собой небесные тела со столь высокой концентрацией материи, чтр наперсток вещества такой звезды может весить 1 млн т!

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.