Чудеса и катастрофы Вселенной - Железняк Галина. Страница 38
Что же получилось? Звезда для вас как бы застыла. Процессы, которые вы наблюдаете, протекают все медленнее, пока не застывают окончательно. Впрочем, вряд ли вы вообще сможете что-нибудь наблюдать. Ведь красное смещение света будет так велико, что обычные видимые световые волны станут длинными радиоволнами и будут смещаться все дальше и дальше. Вы увидите, как звезда, начав сжиматься, попросту погасла… Вот какие странные метаморфозы произойдут со звездой, если в ней нечем будет поддерживать равновесие и если начнется катастрофический коллапс.
Так утверждает общая теория относительности. А сами эти звезды получили название коллапсирующих. Впоследствии появилось еще одно название — застывшие звезды. Но укоренилось и стало общепринятым более звучное и экстравагантное название — черные дыры. Черные дыры, откуда ни один луч света не может выйти к наблюдателю. Черные дыры, которые все заглатывают своим тяготением. Черные дыры, которые, в сущности, — не звезды, а растянутый до бесконечности процесс сжатия звезды. Черные дыры, которые и сейчас представляют для теоретиков, для всех знатоков теории относительности увлекательную и не разрешенную пока загадку.
И эти странные особенности коллапсирующего тела были впервые описаны в 1939 г. Оппенгеймером и Снайдером…
В Белорусском государственном Научно-исследовательском институте ядерных проблем уже не первый год работают над раскрытием тайны черных дыр во Вселенной. Если ранее черные дыры считались самыми экзотическими объектами космоса, то в последних космологических моделях утверждается, что черные дыры являются во Вселенной не чем-то уникальным, а естественным для нее. В основном они располагаются в центре галактик и по возрасту могут отличаться друг от друга: среди них есть древние, по земным понятиям, и молодые.
Большинство ученых сходится во мнении, что черные дыры — это ядра массивных звезд, которые, взорвавшись, приобретают такую плотность, а вместе с ней и силу притяжения, что с их поверхности даже свет не в состоянии вырваться. А отсюда и невозможность их визуального исследования — они просто невидимы.
По словам руководителя коллектива белорусских исследователей, доктора физико-математических наук Виктора Тихомирова, их работа сосредоточена на изучении малых черных дыр, размеры которых не превышают величину ядра водорода, но масса превышает массу целого Нью-Йорка. Такие дыры свободно путешествуют по космосу и, проходя через потухшую звезду, могут заставить ее взорваться, а вещество от взрыва всосать в себя и увеличиться в размерах.
И вот в лаборатории ядерного НИИ занялись исследованием того, как находить малые черные дыры. Свою работу ученые строят, исходя из способности черных дыр испускать излучение. Но излучение это не совсем обычное.
Казалось бы, как можно расщепить вакуум? Ведь это пустота, и сколько ее ни расщепляй, ничто останется тем же ничем. А вот черные дыры способны на такое расщепление, в результате чего в вакууме возникают обладающие энергией частицы. И если, скажем, малая черная дыра пройдет рядом с Землей, она может создать излучение гораздо большее, чем атомная электростанция. В результате все вокруг сильно нагреется.
Это предположение лежит в основе исследований белорусских ученых. В принципе черные дыры — это область теоретической астрономии. При чем же здесь ядерная физика? А при том, говори! профессор Тихомиров, что атомное ядро в естественных условиях — самое плотное из известных состояний вещества. Черные дыры — еще более плотное вещество. Разгадав загадку черных дыр, нетрудно будет понять основы строения Вселенной.
В ходе компьютерного эксперимента астрофизикам удалось обнаружить взаимосвязь между ростом галактик и эволюцией черных дыр. Этот эксперимент проводился сотрудниками Университета Карнеги Меллона, Астрофизического центра имени Макса Планка и Гарвардского университета. Ученые пытались смоделировать столкновение двух зарождающихся галактик, в центре каждой из которых находится черная дыра. Под действием взаимного притяжения из двух черных дыр возникает новая, масса которой начинает стремительно расти за счет поглощения прилегающего вещества и становится в миллиарды раз больше массы Солнца.
«Излишки» газа образуют вблизи черной дыры квазар — тяжелый и протяженный излучающий объект, «подпитываемый» ее энергией. Излучения квазара оказывается достаточно, чтобы «разогнать» вещество галактики на значительные расстояния от центра и инициировать процесс образования звезд.
Развитие метода, считает профессор Хернквист (Негnquist), возглавляющий кафедру астрономии в Гарвардском университете, позволит применить его к взаимодействующим скоплениям галактик.
ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ И МАГНЕТИЗМ
Черные дыры поглощают вещество за счет магнитных полей, утверждают астрофизики из Мичиганского университета. На основании данных, собранных орбитальным рентгеновским телескопом «Chandra», они построили математическую модель аккреции (то есть падения вещества на сверхтяжелый объект), доказывающую, что одной гравитации заведомо недостаточно.
Как объясняют астрономы, если бы черные дыры просто притягивали вещество из-за чрезмерной массы, оно бы в процессе падения накапливало угловую скорость и оставалось «размазанным» по орбите снаружи от горизонта событий — границы, которая отделяет черную дыру от остального мира. Такой вывод следует из закона сохранения углового момента, например, именно поэтому спутники не падают на планеты. Почти каждая черная дыра окружена аккреционным диском — облаком газа, который перед поглощением превращается в плазму и начинает излучать в рентгеновском или гамма-диапазоне. Запреты, действительные для планет и их спутников, газ способен обойти, но только в том случае, если угловой момент, теряемый падающим веществом, будет передаваться другой части облака.
Такой обмен физики называют турбуленцией, и, как выяснили в Мичиганском университете, турбуленция в аккреционном диске вызвана магнитными явлениями. Компьютерную модель магнитной аккреции астрофизики сравнили с поведением GRO J655-40 — черной дыры внутри Млечного Пути, которая поглощает вещество соседней звезды. Модель предсказывала магнитный ветер — поток частиц, удаляющихся от горизонта событий и уносящих угловой момент. «Ветру» должны были соответствовать особые пики в рентгеновском спектре (отличные от тех, которые оставляет падающее вещество) — и на снимках, сделанных орбитальным телескопом, такие пики удалось найти.
Ученые отмечают, что физики-теоретики предсказывали магнитную турбулентность еще в 1973 г. (то есть спустя всего несколько лет после открытия черных дыр), но до сих пор проверить гипотезу никому не удавалось. Ученые считают, что так называемая черная дыра представляет собой некое тело, похожее на пузырь, состоящее из сверхплотного вещества. Первоначальное название этого тела, которое пока нельзя считать термином, но которое, по всей видимости, войдет в словари астрономии, — гравастар (gravastar), что можно перевести как сокращение от гравитационная звезда. Гравастар представляет собой холодную, плотную оболочку, которая находится под напряжением из-за распирающего ее изнутри жидкого вещества или тела неизвестной консистенции. Такое описание соответствует тем фотографиям черных дыр, которые существуют на сегодняшний день.
По мнению астрофизиков-революционеров, традиционная физика стыдливо умалчивает о проблемах, связанных с черными дырами, и тема уже давно стала кулуарной. Желая противостоять такому положению дел в науке, они заявляют, что взрыв звезды влечет за собой совершенно иные последствия, чем было принято считать раньше. Новые исследования стали частью долгих дебатов, которые ведутся с начала XX в., о том, являются черные дыры реальностью или вымыслом.
Массивная звезда заканчивает свою жизнь взрывом сверхновой, и если вес ее ядра в два раза превышает вес Солнца, то нет такой силы (по крайней мере, известной), которая помешала бы гравитационным силам сжать ее. В результате образуется так называемая сингулярность, при которой плотность вещества становится бесконечной, известные законы физики перестают действовать. Гравитационная сила сингулярности настолько велика, что ее границы — так называемый горизонт событий — не может преодолеть даже фотон, иначе говоря, свет.