|
№
7 (4068)
февраль 2004 |
Черные дыры -
фантастика или реальность?
Попыткой ответить именно на этот вопрос стала лекция под названием «Поиски чёрных дыр во Вселенной», прочитанная 10 февраля в рамках лектория МГУ член-корреспондентом РАН А.Н.Черепащуком. Анатолий Михайлович Черепащук – доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой астрофизики и звёздной астрономии физического факультета МГУ, директор Государственного астрономического института им. П.К.Штернберга МГУ. Не один год учёный изучает проблемы физики тесных двойных звёздных систем, обратные задачи астрофизики.Он является автором свыше 200 научных работ, в том числе десяти монографий.
Сначала Анатолий Михайлович остановился на истории отношений между людьми и этими загадочными объектами. Первый шаг в этом направлении сделал Ньютон в 1687 г., сформулировав основные положения своей теории тяготения. Далее пальму первенства перенимают Митчелл и Лаплас в 1783 и 1798 гг. соответственно. Именно они впервые сформулировали проблему поиска «тёмных звёзд», как тогда называли чёрные дыры. Само же понятие «чёрной дыры» было предложено, по словам лектора, Уилером в 1968 г. Интересно, что Уилер, как и Энштейн, вначале придерживался того мнения, что такие объекты, как чёрные дыры, не могут существовать во вселенной. Не оспаривая теоретическую возможность их существования, учёные предполагали существование какого-то закона, запрещающего их образование. Нужно сказать, что до сих пор существуют теории гравитации, отвергающие существование чёрных дыр, что делает проблему их поиска особенно интересной.
Основной проблемой поиска чёрных дыр стало то обстоятельство, что земная атмосфера препятствует прохождению рентгеновского излучения, а именно оно и является основным предметом изучения учёных. Дело в том, что в рентгеновском диапазоне чёрная дыра является уникальным объектом, и легко идентифицируется на звездном небе с помощью рентгеновского телескопа. Забегая вперед, отметим, однако, что здесь астрономы столкнулись с другой проблемой: необходимостью отделить чёрные дыры от другого родственного по эволюции, мощного рентгеновского объекта – нейтронной звезды. Только с развитием космической астрономии, то есть с запуском первых спутников, стал возможен серьёзный прогресс в этой области. Настоящим же прорывом в изучении чёрных дыр стали первые рентгеновские обсерватории, размещённые на искусственных спутниках земли. Из российских космических посланцев особо следует отметить рентгеновскую обсерваторию «Гранат» и модуль станции «Мир» «Квант».
Впрочем, мы смело говорим о чёрных дырах, в то время как учёные лишь в конце девяностых годов XX в. стали именовать таким образом некоторые из наблюдаемых объектов. До этого же они осторожно говорили лишь о «кандидатах» в чёрные дыры. Следует иметь в виду, что до сих пор не доказано существование ни одной чёрной дыры. Строго говоря, для этого необходимо не только найти объект массой более трёх солнечных, не превышающий радиусом 10 км,– такие объекты уже найдены, но и доказать, что они не имеют твёрдой поверхности. Это последнее теоретически выведенное обстоятельство является основным и самым загадочным феноменом существования чёрной дыры.
Попробуем разобраться, в чём тут дело. Согласно общей теории относительности Эйнштейна (ОТО), если сжимать объект с определенной массой все более и более, в какой-то момент он сколлапсирует и превратиться в то, что и называется чёрной дырой. Тут необходимо ввести понятие «гравитационного радиуса». Гравитационный радиус зависит от массы объекта. Как только сжатие объекта превысит этот радиус, объект переходит в состояние квантовой сингулярности. Тут начинают действовать законы физики, которых, по словам учёного, мы до сих пор не знаем. Можно лишь сказать, что далее объект начинает сжиматься сам и будет сжиматься до тех пор, пока не превратится в чёрную дыру. Гравитационный радиус Солнца равен 3 км, Земли – около 9 мм. То есть, если сжать Землю до размера 9 мм, она превратиться в чёрную дыру. И ещё одно понятие: «горизонт событий». Горизонт событий – это физическая граница чёрной дыры, за которую ничто не может вырваться, даже свет. Именно поэтому мы не можем точно ответить на вопрос, что же происходит за этим горизонтом. И поэтому у чёрной дыры нет твердой поверхности.
Согласно ОТО, чтобы звезда превратилась в чёрную дыру, необходимо, чтобы её масса была больше трёх масс солнца. Звезды с массой 1.2–1.4 солнечных, начиная сжиматься в конце своей эволюции, превращаются в белые карлики. В белом карлике давление вырождённого газа превышает силу гравитационного сжатия и бывшая звезда «застывает» в этом состоянии на многие миллиарды лет. «Бывшая», ибо даже ядерные реакции не идут в белом карлике. Если же масса звезды больше 1.4, но меньше 3 масс солнца, то она превращается в нейтронную звезду. В нейтронной звезде атомные ядра вещества уже разрушены, но сила давления вырождённого нейтронного вещества ещё препятствует дальнейшему сжатию. Это происходит из-за недостаточной массы объекта. Если же масса объекта превысит три солнечные, объект станет чёрной дырой. В настоящее время известно около 200 кандидатов в чёрные дыры, с массой во много раз превышающей массу солнца. Как же их удалось обнаружить, спросит догадливый читатель, если даже свет не может вырваться от этого чудовища вселенной? Да, действительно, чёрная дыра только поглощает вещество и не может сама излучить ни доли процента. Но если рядом находится другой массивный объект, скажем звезда, то он становиться «донором»: вещество начинает перетекать со звезды на черную дыру. Это и называется аккрецией. Но, проявляя, если так можно выразиться, слишком много жадности, чудовище отнимает у звезды больше, чем само способно поглотить. Часть вещества уносится с околосветовыми скоростями в межзвездное пространство, вокруг чёрной дыры образуется аккреционный диск. И вещество, уносящееся от такой двойной системы, и диск, раскалены до фантастических температур, и поэтому имеют очень сильную светимость. Это и позволяет учёным вести за ними наблюдение с огромных расстояний.
Все заинтересовавшиеся могут получить дополнительную информацию в
Интернете. На сайте http://www.pereplet.ru/obrazovanie/stsoros/285.html вы сможете найти статью А.М.Черепащука «Чёрные дыры в двойных звёздных системах».
И.Пономарев
|
