17:24 "Чёрные дыры" и "звёздные взаимоотношения" (ВИДЕО) |
|
Из всех гипотетических объектов Вселенной, предсказываемых научными теориями, черные дыры производят самое жуткое впечатление. И, хотя предположения об их существовании начали высказываться почти за полтора столетия до публикации Эйнштейном общей теории относительности, убедительные свидетельства реальности их существования получены совсем недавно. Я вот, например, помню, как преподаватель теории относительности в высшей школе, где я учился, утверждал, что хотя существование черных дыр общей теорией относительности допускается и даже предсказывается, в реальном мире подобные объекты просто не могут образоваться. Давайте начнем с того, как общая теория относительности решает вопрос о природе гравитации. Закон всемирного тяготения Ньютона утверждает, что между двумя любыми массивными телами во Вселенной действует сила взаимного притяжения. По причине такого гравитационного притяжения Земля обращается вокруг Солнца. Общая теория относительности заставляет нас взглянуть на систему Солнце—Земля иначе. Согласно этой теории в присутствии столь массивного небесного тела, как Солнце, пространство-время как бы проминается под его тяжестью, и равномерность его ткани нарушается. Представьте себе эластичный батут, на котором лежит тяжелый шар (например, от боулинга). Натянутая ткань прогибается под его весом, создавая вокруг разрежение. Таким же образом Солнце продавливает пространство-время вокруг себя. Согласно этой картине Земля просто катается вокруг образовавшейся воронки (за исключением того, что маленький шарик, катающийся вокруг тяжелого на батуте неизбежно будет терять скорость и по спирали приближаться к большому). И то, что мы привычно воспринимаем как силу земного притяжения в нашей повседневной жизни, также есть ни что иное, как изменение геометрии пространства-времени, а не сила в ньютоновском понимании. На сегодня более удачного объяснения природы гравитации, чем дает нам общая теория относительности, не придумано. А теперь представьте, что произойдет, если мы будем — в рамках предложенной картины — увеличивать и увеличивать массу тяжелого шара, не увеличивая при этом его физических размеров? Будучи абсолютно эластичной, воронка будет углубляться до тех пор, пока ее верхние края не сойдутся где-то высоко над совсем потяжелевшим шаром, и тогда он просто перестанет существовать при взгляде с поверхности. В реальной Вселенной, накопив достаточную массу и плотность материи, объект захлопывает вокруг себя пространственно-временную ловушку, ткань пространства-времени смыкается, и он теряет связь с остальной Вселенной, становясь невидимым для нее. Так возникает черная дыра.  Важнейшее свойство черной дыры — что бы в нее ни попало, обратно оно не вернется. Это касается даже света, вот почему черные дыры и получили свое название: тело, поглощающее весь свет, падающий на него, и не испускающее собственного кажется абсолютно черным. Согласно общей теории относительности, если объект приближается к центру черной дыры на критическое расстояние — это расстояние называется радиусом Шварцшильда, — он уже никогда не сможет вернуться назад. (Немецкий астроном Карл Шварцшильд (Karl Schwarzschild, 1873–1916) в последние годы своей жизни, используя уравнения общей теории относительности Эйнштейна, рассчитал гравитационное поле вокруг массы нулевого объема.) Для массы Солнца радиус Шварцшильда составляет 3 км, то есть, чтобы превратить наше Солнце в черную дыру, нужно уплотнить всю его массу до размера небольшого городка! Внутри радиуса Шварцшильда теория предсказывает явления еще более странные: всё вещество черной дыры собирается в бесконечно малую точку бесконечной плотности в самом ее центре — математики называют такой объект сингулярным возмущением. При бесконечной плотности любая конечная масса материи, математически говоря, занимает нулевой пространственный объем. Происходит ли это явление реально внутри черной дыры, мы, естественно, экспериментально проверить не можем, поскольку всё попавшее внутрь радиуса Шварцшильда обратно не возвращается. Не имея, таким образом, возможности «рассмотреть» черную дыру в традиционном смысле слова «смотреть», мы, тем не менее, можем обнаружить ее присутствие по косвенным признакам влияния ее сверхмощного и совершенно необычного гравитационного поля на материю вокруг нее. Сверхмассивные черные дыры В центре нашего Млечного Пути и других галактик располагается невероятно массивная черная дыра в миллионы раз тяжелее Солнца. Эти сверхмассивные черные дыры (такое название они получили) были обнаружены по наблюдениям за характером движения межзвездного газа вблизи центров галактик. Газы, судя по наблюдениям, вращаются на близком удалении от сверхмассивного объекта, и простые расчеты с использованием законов механики Ньютона показывают, что объект, притягивающий их, при мизерном диаметре обладает чудовищной массой. Так закрутить межзвездный газ в центре галактики может только черная дыра. Фактически астрофизики нашли уже десятки таких массивных черных дыр в центрах соседних с нашей галактик, и сильно подозревают, что центр любой галактики — суть черная дыра. Черные дыры со звездной массой Согласно нашим нынешним представлениям об эволюции звезд, когда звезда с массой, превышающей примерно 30 масс Солнца, гибнет со вспышкой сверхновой, внешняя ее оболочка разлетается, а внутренние слои стремительно обрушиваются к центру и образуют черную дыру на месте израсходовавшей запасы топлива звезды. Изолированную в межзвездном пространстве черную дыру такого происхождения выявить практически невозможно, поскольку она находится в разреженном вакууме и никак не проявляет себя в плане гравитационных взаимодействий. Однако, если такая дыра входила в состав двойной звездной системы (две горячих звезды, обращающихся по орбите вокруг их центра масс), черная дыра будет по-прежнему оказывать гравитационное воздействие на парную ей звезду. Астрономы сегодня имеют более десятка кандидатов на роль звездных систем такого рода, хотя строгих доказательств не получено в отношении ни одной из них.  В двойной системе с черной дырой в ее составе вещество «живой» звезды будет неизбежно «перетекать» в направлении черной дыры. И закручиваться высасываемое черной дырой вещество при падении в черную дыру будет по спирали, исчезая при пересечении радиуса Шварцшильда. При подходе к роковой границе, однако, засасываемое в воронку черной дыры вещество будет неизбежно уплотняться и разогреваться в силу учащения соударений между поглощаемыми дырой частицами, пока не разогреется до энергий излучения волн в рентгеновском диапазоне спектра электромагнитного излучения. Астрономы могут измерить периодичность изменения интенсивности рентгеновского излучения такого рода и вычислить, сопоставив ее с другими доступными данными, примерную массу объекта, «перетягивающего» на себя материю.  Если масса объекта превышает предел Чандрасекара (1,4 массы Солнца), этот объект не может являться белым карликом, в которого суждено выродиться нашему светилу. В большинстве выявленных случаев наблюдения подобных двойных рентгеновских звезд массивным объектом является нейтронная звезда. Однако насчитано уже более десятка случаев, когда единственным разумным объяснением является присутствие в двойной звездной системе черной дыры.  Все другие типы черных дыр куда более спекулятивны и основаны исключительно на теоретических изысканиях — экспериментальных подтверждений их существования не имеется вовсе. Во-первых, это черные мини-дыры с массой, сопоставимой с массой горы и сжатой до радиуса протона. Идею об их зарождении на начальной стадии формирования Вселенной непосредственно после Большого взрыва высказал английский космолог Стивен Хокинг (см. Скрытый принцип необратимости времени). Хокинг предположил, что взрывами мини-дыр можно объяснить действительно загадочный феномен точеных вспышек гамма-излучения во Вселенной. Во-вторых, некоторые теории элементарных частиц предсказывают существование во Вселенной — на микро-уровне — настоящего решета из черных дыр, представляющих собой своего рода пену из отбросов мироздания. Диаметр таких микро-дыр предположительно составляет около10–33 см — они в миллиарды раз мельче протона. На данный момент у нас нет каких-либо надежд на экспериментальную проверку даже самого факта существования таких черных дыр-частиц, не говоря уже о том, чтобы хоть как-то исследовать их свойства.  Галактика Треугольник, где так долго и безуспешно на пару с крупной звездой пряталась от телескопов землян массивная звёздная чёрная дыра. Эта галактика принадлежит к так называемой Локальной группе галактик, к которой относится и Млечный Путь (фото NOAO/AURA/NSF/T.A.Rector). Видео: На сегодня нам известна рекордно массивная черная дыра, которую астрономы обнаружили, вращающуюся вокруг огромной звезды.  Система M33 X-7 до (слева) и во время (справа) затмения (фото NASA/CXC/CfA/P.Plucinsky et al.). Всё началось с того, что учёных в очередной раз заинтересовала галактика Треугольник (в просторечии её называют M33 или NGC 598). Этот объект часто привлекает внимание звездочётов, служа поводом и для радости, и для головной боли. Направив на эту галактику гавайский телескоп Gemini и призвав на помощь великого рентгеновского Chandra, исследователи обнаружили в ней чёрную дыру, которую скромно назвали "по маме" — M33 X-7. Что ж, это хорошо, но чёрные дыры находят не так редко. Однако эта оказалась какой-то необычной. Она относится к так называемым звёздным чёрным дырам — тем, которые сформировались в результате гравитационного сжатия непомерно больших звёзд. И это тоже не ахти какая редкость. Но значение массы M33 X-7 не оставило равнодушным ни одного, даже самого сдержанного астрофизика: она равна примерно 16 массам Солнца.  Снимки участка M33 X-7 в рентгеновском (слева) и в оптическом (в центре) диапазонах. Справа — совмещённое изображение (фото NASA/CXC/CfA/STScI/SDSU/J.Orosz, P.Plucinsky et al). 16 Солнц — это очень много. А для чёрной дыры — и подавно. Джером Орос (Jerome A. Orosz), профессор астрономии из университета Сан-Диего (San Diego State University), руководивший исследовательской американо-немецко-израильской астробригадой, сказал, что это самая крупная звёздная чёрная дыра. Да, она мельче любой галактической чёрной дыры. Но зато среди чёрных дыр с массой звёздных масштабов — эта прямо-таки рекордсменка. "До этого самой массивной звёздной чёрной дырой считали GRS 1915+105 с массой 14 плюс-минус 4 солнечных", — сказал Орос. Но недавно учёные засомневались в том, что эта величина определена верно, к тому же значение отклонения — ±4 Солнца — не лезет ни в какие ворота. Обнаружить M33 X-7 посчастливилось благодаря её воздействию на звезду-коллегу. И вот в чём оно заключается. Эта чёрная дыра обращается вокруг другой, пока ещё живой звезды, имеющей нешуточную комплекцию — она весит приблизительно как 70 Солнц. Не предел, но всё же много. Так вот, крутясь вокруг неё с периодом в 3,5 наших суток, чёрная дыра немного раскачивает звезду из стороны в сторону, заодно затмевая её рентгеновское излучение. А так как M33 X-7 относительно нас проходит прямо перед диском звезды, то астрономы смогли определить некоторые величины этих объектов с очень высокой точностью. "Сейчас компаньонке не более трёх миллионов лет, — заявил Орос. — Согласно модели, она скончается спустя два-три миллиона лет, превратившись в другую чёрную дыру". Ещё неизвестно, сколько точно она будет весить, но парочка получится зловещая — это несомненно!.. Интересно, что эту гигантскую звезду и эту чёрную дыру разделяет очень небольше расстояние. С точки зрения существующих теорий, такую конфигурацию трудно объяснить. Исследователи выдвинули гипотезу, согласно которой в то время, когда живыми были обе звезды, они имели общую внешнюю оболочку. Такая ситуация должка привести либо к слиянию объектов, либо к тому, что они останутся раздельными, но будут находиться близко друг к другу. Например, трудно объяснить, как может существовать такая система, обладающая столь высокими массами. Ведь из-за этой особенности у данных звёзд как раз не могло быть той самой общей оболочки, наличие которой в прошлом могло бы многое прояснить… Кстати, едва успела команда Ороса рассказать о своём открытии, как группа учёных под руководством Андреа Прествич (Andrea H. Prestwich), исследовательницы из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics) объявила о находке покруче. В своей статье (опубликована в Astrophysical Journal Letters) они рассказали, что отыскали в галактике IC 10 чёрную дыру тоже с компаньоном, имеющую массу в 24-33 солнечных. |
|
|
| Всего комментариев: 1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
По этой теме смотрите: 
ВСЕ НОВОСТИ:
АРХИВ САЙТА:
Copyright MyCorp © 2024
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1
