Кванты и музы - Ирина Радунская

В 1972 году Чандрасекар сказал по этому поводу:

«Если бы Эддингтон здесь остановился, мы могли бы воздать ему должное за первое предсказание существования “чёрных дыр”»…

Но… Он не остановился. Вот что мы читаем дальше у Эддингтона: «Я чувствую себя насильственно подведённым к выводу, который является почти доведением до абсурда релятивистской формулы вырождения… Я уверен в существовании закона природы, предохраняющего звезду от вступления на этот абсурдный путь».

Так Эддингтон свернул с пути, ведущего к замечательному открытию. А ведь у него уже было больше данных, чтобы приблизиться к истине, чем, скажем, у Лапласа. Однако тот почувствовал возможность существования того, что мы называем «чёрной дырой», почти двести лет назад! Он даже вычислил, какими должны быть масса и радиус звёзды, чтобы ни вещество, ни свет не могли покинуть её поверхности. Лаплас писал об этом в 1798 году. В то время расчёт Лапласа казался курьёзом, далёким от реальности. Однако его результат точно совпадает с тем, который получается из общей теории относительности! Звезду, которая втягивает в себя не только частицы, но и электромагнитные волны, теперь называют «чёрной дырой».

Прежде чем остановиться на этом явлении природы подробнее, ответим на вопрос: что может произойти со звездой, которая слишком массивна для того, чтобы спокойно пойти по пути эволюции через состояние белого карлика к пульсару?

Расчёты показывают, что, скорее всего, процесс приведёт к катастрофе. Сжимаясь под действием гравитационных сил, более не сдерживаемых истощившейся энергией термоядерного синтеза, звезда потеряет устойчивость и испытает подобие колоссального взрыва. При этом огромная часть массы её будет выброшена в пространство. Люди неоднократно наблюдали такие взрывы в виде появления необычайно ярких, быстро угасающих звёзд. Одна из таких «сверхновых» наблюдалась примерно тысячу лет назад, и её остатки мы знаем в форме Крабовидной туманности.

Если выброшенная масса будет такой, что остаток звезды может эволюционировать по пути белого карлика, она постепенно превратится в стабильную нейтронную звезду, в знакомый нам пульсар. Именно это и произошло со «сверхновой» в Крабовидной туманности.

Однако такой вариант не может быть единственным. Более того, он представляется мало вероятным, а значит, сравнительно редким.

Скорее всего, звезда, первоначально в 10 раз превосходившая по массе Солнце, не попадёт в узкий «коридор» такой эволюции. В этом случае гравитационное сжатие перейдёт в коллапс, и звезда сожмётся до состояния, предвиденного Лапласом: всё более возрастающие гравитационные силы «запрут» её излучение. Она перестанет быть видимой.

Таких «чёрных дыр» может быть очень много. Предполагается, что в центрах галактик существуют огромные «чёрные дыры» с массой от десяти тысяч до десяти миллионов солнечных масс, непрерывно поглощающие окружающее вещество, а иногда и целые звёзды.

Эту теорию трудно подтвердить опытом, ибо «чёрную дыру» нельзя видеть непосредственно. Но если она имеет спутника в виде обычной звёзды, то, наблюдая её излучение, можно заключить, что незримым партнёром является именно «чёрная дыра».

Астрономы уже изучили движение десятков звёзд, намекающих на то, что их партнёрами являются «чёрные дыры». Но ни одна из них пока не обнаружила всей совокупности признаков, которые должна демонстрировать такая пара.

Одним из решающих доводов в пользу того, что невидимый партнёр является «чёрной дырой», должно быть мощное рентгеновское излучение. Оно неизбежно возникает, когда поле тяготения «чёрной дыры» втягивает в себя вещество из окружающего пространства, придавая частицам этого вещества всё возрастающее ускорение. Будучи партнёром обычной звёзды «чёрная дыра» постепенно всасывает в себя газовую оболочку своего партнёра. Возникшее рентгеновское излучение — словно сигналы бедствия. Но до Земли они не доходят. Они тонут в толще атмосферы.

Что ж, спросит читатель, позывные «чёрной дыры» так и останутся не услышанными?

Рентгеновское излучение из космоса стало предметом тщательного изучения после того, как космические лаборатории, вращающиеся вокруг Земли, были оснащены специальными приёмниками рентгеновских лучей — рентгеновскими телескопами. Эти телескопы обнаружили и позволили изучить рентгеновское излучение, исходящее от Солнца, звёзд и различных галактик. Что же мы узнали о «чёрных дырах» от этих разведчиков?

Все наблюдения как бы группируются в две категории. В одних случаях (их большинство) источники рентгеновского излучения совпадают с видимыми объектами. В других — такое совпадение отсутствует. Вот тут-то можно предположить, что сигналит именно «чёрная дыра»! Однако доказать это пока невозможно.

Когда источник рентгеновского излучения совпадает с видимым объектом, можно по ряду признаков судить о природе источника. Тщательное исследование показало, что природа всех известных до сих пор источников рентгеновского излучения может быть понята и объяснена без привлечения гипотезы «чёрных дыр».

До последнего времени было известно только одно исключение: рентгеновский источник Лебедь Х-1. Рассмотрение его свойств было одной из наиболее волнующих тем, которые обсуждала советско-американская рабочая группа по теории космических источников рентгеновского излучения, собравшаяся в августе 1977 года в научном городке Академии наук СССР Протвино вблизи Серпухова.

Итоги дискуссии послужили темой статьи, написанной совместно Лайманом из Гарвардского университета США, Сюняевым из Института космических исследований АН СССР, Шакурой из Государственного института им. Штернберга в Москве, Шапиро из Корнельского университета США и Эрдли из Вольского университета США.

Статья начинается так: «Мы были бы счастливы, если бы Лебедь Х-1 оказался “чёрной дырой”. Но, честно говоря, полной уверенности в этом у нас нет. Несмотря на энергичные поиски “чёрных дыр” в природе, Лебедь Х-1 остался пока единственным достоверным кандидатом в “чёрные дыры”».

В августе 1978 года появился ещё один кандидат в «чёрные дыры», ещё один рентгеновский источник, во многом похожий на Лебедь Х-1, но о нём пока известно очень мало.

Регулярные исследования источника Лебедь Х-1 ведутся уже свыше девяти лет. О нём известно, что его размеры малы, а масса больше, чем возможная для нейтронной звезды или белого карлика.

Видимый объект в Лебеде Х-1 звезда-сверхгигант. Её масса примерно в 25 раз больше массы Солнца. Это было установлено в 1971 году, когда внезапно резко изменился спектр рентгеновского источника и одновременно в этом же месте возник слабый источник радиоизлучения. Положение нового радиоисточника, измеренное при помощи радиотелескопов с чрезвычайно высокой точностью, совпало с видимой звездой, известной в астрономических каталогах под индексом V=1357Cyg. Так счастливый случай, природа которого ещё полностью не изучена, помог установить, что изменение характера рентгеновского излучения с одновременным возникновением радиоисточника связано с двойной звездой V=1357 в созвездии Лебедя.

Об этой звезде теперь известно многое. Видимая звезда вращается по своей орбите со скоростью не менее 73 км/сек., совершая оборот за 134,4 часа. Радиус орбиты, по которой движется видимая звезда, по крайней мере в 8 раз превышает радиус Солнца, а масса невидимого объекта заключена в пределах от 8 до 11 солнечных масс.(По более поздним и более точным оценкам масса невидимого объекта в системе Лебедь Х-1 заключена в пределах от 10 до 20 масс Солнца, что ещё больше укрепляет уверенность в том, что это «чёрная дыра». К 2006 году уже несколько десятков подобных объектов астрофизики называют «надежными кандидатами в “чёрные дыры”». Подробнее об этом см.: А.М. Черепащук, А.Д. Чернин «Вселенная, жизнь, чёрные дыры», Фрязино: Век-2, 2004. — Прим. В.Г. Сурдина )

Таких массивных нейтронных звёзд или белых карликов быть не может.

Для поддержания интенсивности рентгеновского излучения, наблюдаемого от Лебедя Х-1, нужно, чтобы от видимого сверхгиганта к «чёрной дыре» ежедневно перетекала масса вещества, равная всего десяти или тридцати миллиардным долям массы Солнца, так что процесс перетекания может продолжаться очень долго.

В излучении источника Лебедь Х-1 есть ещё много деталей, не имеющих однозначного объяснения. Например, неизвестна причина изменений интенсивности излучения, при которых его яркость быстро возрастает, а затем медленно уменьшается.

Учёные, выдвигающие самые разные предположения на этот счёт, единодушны в одном: исследования источника Лебедь Х-1 дадут многое для понимания эволюции Вселенной и природы элементарных частиц. Эти исследования перспективны для понимания процессов, происходящих в квазарах и в ядрах активных галактик, во-вторых, можно ожидать существование сверхмассивных «чёрных дыр», скрывающих в себе массу, в миллион или миллиард раз превышающую массу Солнца.