Черные дыры - уже сами эти слова подразумевают тайну, путь в неизведанное, которое может оказаться для нас, землян, роковым...

Откуда же взялись эти странные космические объекты и какова их роль во Вселенной? Над этими вопросами работают сотни ученых, так как от их ответа напрямую зависит наше с вами будущее.

Черные дыры: от гипотез к реальности.

Что же представляют собой загадочные черные дыры, и откуда возникло столь зловещее название? Самое парадоксальное, что название никоим образом не связано с космосом, а наоборот - напоминает землянам о страшной трагедии, произошедшей в 1757 году в Индии.

Один из индийских правителей напал на английский гарнизон в калькуттском Форт Уильяме. В неравном бою англичане потерпели поражение, и оставшихся в живых индийцы затолкали в совершенно немыслимую маленькую камеру для такого количества людей - в помещении площадью 30 квадратных метров находились 146 заключенных! Почти все они через день умерли, не выдержав тесноты и духоты. Произошла эта трагедия, связанная с драматичной историей колонизации Индии британцами, как уже было сказано, в 1757 году, но только в начале XX века по аналогии с камерой в индийской тюрьме, которая называлась «черная дыра Калькутты», стали называть эти космические объекты.

Возможность существования черных дыр вытекала из общей теории относительности Альберта Энштейна, сформулированной им еще в 1915 году, но долгое время многими учеными воспринималась не более как научный курьез. Но ныне, кажется, положение в корне меняется.
Понять природу этих объектов не так-то просто, поэтому сначала необходимо обратиться к анализу путей звездной эволюции. Звезда, подобная Солнцу, вначале сжимается, приближаясь к главной последовательности. После того как температура в ее ядре поднимается до достаточного уровня, начинаются ядерные процессы. Когда запасы ядерного «горючего» уменьшаются, звезда вздувается и становится красным гигантом, после чего сильно сжимается, превращаясь в белого карлика.

Более массивная звезда ведет себя иначе. Когда истощаются запасы ядерного топлива, она взрывается как сверхновая и заканчивает свой яркий «жизненный путь», превратившись в нейтронную звезду, или пульсар, в центре расширяющегося газового облака.

В белом карлике атомы, так сказать, раздавлены, разрушены и так плотно упакованы, что свободного пространства между ними практически нет. А у нейтронной звезды гравитационное поле настолько сильно, что протоны и электроны вынуждены смешиваться, образуя нейтроны; плотность же вещества нейтронной звезды намного превосходит плотность белого карлика. Сейчас почти уже никто не сомневается в том, что источники космического радиоизлучения, пульсары, действительно являются нейтронными звездами. Пульсар в крабовидной туманности отождествлен с оптическим объектом,а в 1977 году австралийские астрономы отождествили еще один пульсар (в созвездии Парусов) с исключительно слабым оптическим объектом звездной величины 26,5.

При сжатии достаточно массивной звезды плотность ее вещества, пройдя через значения, соответствующие стадиям белого карлика и нейтронной звезды, будет продолжать увеличиваться, если в недрах звезды отсутствуют силы, противодействующие ее сжатию под действием гравитации. Звезда становится все меньше и плотнее и в итоге вступает в состояние гравитационного коллапса, когда уже ни один из известных нам физических процессов не способен остановить ее дальнейшее сжатие. Поле тяготения на поверхности тела при этом растет, и вскоре оно сжимается до критического радиуса (радиуса Шварцшильда), при котором гравитационное поле становится настолько сильным, что даже свет не в состоянии его преодолеть. Это и есть черная дыра - область, проявляющая себя только как центр гравитационного притяжения.

Что же происходит, когда огромное количество звездного вещества втягивается в черную дыру? Это и попытался еще в конце 60-х годов XX столетия выяснить профессор Стивен Хакинг из Кембриджа вместе со своим коллегой Роджером Пенроузом, ныне профессором Оксфорда. По их мнению, звездное вещество достигает точки сингулярности, при которой плотность становится бесконечной и перестают действовать все известные науке физические законы.

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, около 40 лет назад, в голову Хакинга пришла еще одна идея. Черные дыры, по его мнению, не совсем черные. Когда Хакинг применил для анализа квантовую механику, оказалось, 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 Хакинга (теперь так называют подмеченное им явление) можно зафиксировать экспериментально. Этим сейчас и занимаются астрофизики многих стран.

Первое важное свидетельство существования черных дыр 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 звездный 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.

Наша роковая соседка

И пошло-поехало - открытия черных дыр И посыпались как из рога изобилия. Скажем, один из таких объектов был обнаружен на самом отдаленном от Солнечной системы участке Млечного Пути. Экстремальная плотность этой черной дыры не вписывается ни в одну из существующих теорий. За плотной пеленой галактической пыли притаился самый поразительный объект на всем Млечном Пути - черная дыра в звездной системе GRS 1915 +105. Сотрудники Астрофизического института в Потсдаме вычислили массу этого «космического пылесоса», отдаленного от нас на расстояние почти 40 тысяч световых лет. Ученые с удивлением установили, что масса черной дыры ненормально велика, гораздо больше, чем она должна быть согласно существующим научным теориям.

Звездная система GRS 1915+105 состоит из одной звезды и черной дыры, которые обращаются вокруг друг друга. В видимой для нас части спектра эту оригинальную парочку наблюдать невозможно, но в рентгеновских лучах и в диапазоне радиоволн в системе регистрируются мощные вспышки, при которых происходят выбросы во Вселенную изрядного количества газа и пыли со скоростью, близкой к скорости света. Благодаря этой активности астрономы характеризуют неразлучный дуэт как микроквазар.

Группа астрономов под руководством Йохена Грайнера изучала GRS 1915 +105 с помощью нового телескопа диаметром 8,2 метра на Европейской южной обсерватории в Чили. В инфракрасной области спектра они сумели определить массу и орбиту звезды, а потом вычислили из этих данных массу ее «прожорливого» соседа - черной дыры. Оказалось, что эта «маленькая» черная дыра на окраине Галактики обладает массой, в 14 раз превышающей массу Солнца.

Астрономы отдают себе отчет, что им не удастся легко и быстро разгадать загадку звездной системы GRS 1915 +105. «Это одно из тех открытий, которые тянут за собой цепочку нерешенных вопросов и ставят перед нами буквально сотни труднейших задач», - прокомментировал сообщение своих европейских коллег Чарльз Бейлин из американского Йельского университета.

Но такое соседство для нас все равно чревато самыми страшными последствиями, хотя некоторые исследователи пытаются убедить нас в том, что никакой опасности просто не существует. По их мнению, даже если сверхмассивная черная дыра со временем втянет в себя всю нашу Галактику, в том числе и Солнечную систему, произойдет это еще очень не скоро, и Солнце к тому времени уже погаснет естественным путем.

Значит, пока возможно только теоретически изучать черные дыры, не бояться их, мечтая все-таки когда-нибудь заглянуть в это засасывающее пространство. Хотя, по мнению многих теоретиков, человек, который однажды заглянет туда, больше никогда никому не сможет рассказать об увиденном, так как он станет частицей, атомом... четвертого измерения. Да, сколь бы фантастично это не звучало, черные дыры представляют собой своеобразные туннели, по которым человек, покоривший законы гравитации, сможет свободно (!) путешествовать по всей Вселенной. Так что - осталось дело за малым: создать квантовую гравитацию, которая поможет экспериментально доказать существование гипотетических частиц - гравитонов, переносящих гравитационного взаимодействие, то есть позволить человечеству реально летать за пределы нашей Галактики.

Возможно, кому-то и удастся сделать это сенсационное открытие, а пока остается только мечтать о далеких мирах и думать о том, как бы выгоднее использовать для нас, землян, эти гигантские сверхмощные «космические пылесосы».

Огромный мусорник или "гравитационная бомба"?

Итак, рассуждений о том, на что же одна черная дыра, к этому времени, сколь ни парадоксально это звучит, собрано великое множество и все они основаны на ее главном свойстве - всасывать все и всех. Исходя из этого, в эту «прореху в пространстве» можно сбрасывать любые, даже самые вредные отходы военного и промышленного производства. Никакой утечки не будет - черная дыра все переработает и «не прохудится» никогда. Это первая ее глобальная задача. Далее, черная дыра может стать мощнейшим источником энергии. Ведь около 20 процентов энергии' вращающейся черной дыры накапливается в ее эргосфере (экваториальной области, лежащей вне «горизонта событий»), а это во многие тысячи раз больше, чем способно вырабатывать Солнце за все время своего существования.

С помощью этой энергии, например, можно было бы разгонять космические корабли до предельной скорости или действовать по другой схеме: запускать какой-нибудь объект в эргосферу, а потом, когда он, естественно, резко ускорится, преобразовывать его кинетическую энергию в нечто полезное...

Но у каждой медали есть своя обратная сторона, поэтому эту энергию можно использовать и во вред человечеству: например, для создания разрушительного оружия, самой мощной гравитационной бомбы. Если удастся, скажем, огородить черную дыру, словно забором, сплошной зеркальной поверхностью, то можно будет смастерить гравитационную бомбу. Для этого надо проделать отверстие в нашем полом зеркальном шаре, а потом чем-нибудь посветить в это отверстие - карманного фонарика будет достаточно, чтобы привести в действие адский механизм. После этого отверстие следует наглухо заделать и мчаться со всех ног со сверхсветовой скоростью! Механизм уже включился...

Блуждая внутри полого зеркала, луч света будет непрерывно отражаться от его стенок. Всякий раз, когда луч минует эргосферу, его энергия будет резко возрастать. Постепенно давление внутри шара увеличится до громадной величины, и, наконец, шар лопнет, молниеносно распространяя излучение. Взрыв атомной бомбы по сравнению с этой катастрофой - сущий пустяк.

Впрочем, для утешения добавим: чтобы создать гравитационную бомбу, нужно пойти на неимоверные технические затраты, к тому же для нас это пока нереально, поэтому вряд ли этот ужасный сценарий будет когда-либо осуществлен на практике. Хотя -никогда не говори «никогда».

В общем, это слишком далекое будущее, а настоящее в виде телескопа «Чандра», изучающего эти космические объекты, рисует нам красочные картины Вселенной, где, словно черные пауки, подстерегающие свою жертву, то тут, то там засели огромные черные дыры в ожидании своего часа...

Черные дыры вносят сильные искажения в наши наблюдения. Представьте, что вы смотрите на далекую звезду. Вам кажется, что кратчайшее расстояние до звезды - прямая. На самом деле - прямая может оказаться самым труднопреодолимым путем, если на этом пути встретится одна или несколько черных дыр.

На рисунке наглядно показано, что один и тот же объект наблюдатель видит в двух точках неба. Естественно, если на пути просмотра не будет встречаться черных дыр и этот путь будет короче, яркость объекта будет выше.

Проявив фантазию можно понять, что, если черных дыр на пути будет много или они будут располагаться определенным образом, наблюдатель увидит не только один и тот же объект в разных областях звездного неба. Теоретически он может увидеть сам себя...