Знание-сила, 2009 № 01 (979) - Журнал «Знание-сила»

Таким образом, черные дыры промежуточного размера вроде бы должны возникать вполне естественно, как промежуточная стадия образования гиганта. Ничего загадочного в них быть не должно. Это не какие-нибудь микродыры, о которых до сих пор идут споры. Дело в том, что, как следует из сказанного выше, черные дыры могут возникать только за счет гравитационного коллапса, а расчеты приводят к выводу, что коллапсировать могут только звезды, масса которых не меньше полутора-трех солнечных масс. Как же тут возникнуть черным дырам меньшей массы?

Тем не менее теоретики указывают, как минимум, на три процесса, которые без всякого коллапса могут так сильно сжать маленькую массу, что она уместится в сверхмикроскопический объем, то есть станет микродырой. Это, во-первых, испарение большой черной дыры. Да, хотя черная дыра не выпускает наружу свет, но, как подсчитал знаменитый Хоукинг, в результате определенных квантовых процессов она должна выбрасывать наружу микрочастицы и постепенно терять массу. На этом пути она может дойти до стадии микродыры, а потом и вовсе испариться. Микродыра, по Хоукингу, долго не живет. Другой путь ее образования — это Биг Бэнг. На ранних стадиях образования Вселенной могли существовать такие высокие давления, при которых возможно было и образование микродыр. А третий путь — это столкновения частиц с высочайшей энергией — например, в ускорителе. Вот и сейчас в связи с окончательным пуском нового грандиозного ускорителя под Женевой, так называемого Большого коллайдера, опять возобновились апокалиптические разговоры, что в нем, мол, может возникнуть микродыра, которая вырвется на свободу и «проест насквозь» весь земной шар.

…массы этих промежуточных черных дыр так же пропорциональны массам своих скоплений, как массы гигантских черных дыр в центрах галактик — массам своих галактик. Это сходство явно о чем-то говорило, но ни авторы, ни их коллеги не могли догадаться, о чем.

В этой связи позволим себе отвлечься. Если бы такое было возможно, микродыры рождались бы многократно, при любом вторжении в атмосферу достаточно мощных частиц космического излучения, которые много энергичнее, чем любой земной ускоритель. Такие микродыры имели бы скорость космической частицы и проходили бы сквозь Землю за четверть секунды без всякого ущерба для нашей планеты, а затем на той же околосветовой скорости уносились бы в неведомую космическую даль, чтобы там испариться на лету. В ускорителях с мощностью Большого коллайдера микродыры могли бы возникнуть только при условии, что мы жили бы в пространстве не трех, а много больше измерений, как это утверждают некоторые варианты новейшей теории струн. Однако эта теория весьма спекулятивна и гипотетична. Но даже если она верна и такие дыры могли бы возникнуть, то они оставались бы практически в покое (в отличие от тех, что могут быть образованы космическими лучами) и за несколько секунд испарились бы без остатка. Разве что неверен вывод Хоукинга об испарении дыр вообще, но это уж слишком много «разве что» и «если».

Поэтому оставим в покое микродыры и вернемся к промежуточным дырам. Мы сказали, что именно они до сих пор почему-то упорно не обнаруживались. А какие у нас есть свидетельства существования других дыр? Ну, гигантские черные дыры выдают себя несколькими признаками. Во-первых, как мы уже говорили вначале, вокруг них должно обращаться облако (точнее — плоский диск) раскаленного вещества, и тогда перпендикулярно этому диску должны выбрасываться в две стороны длинные факелы движущегося с околосветовой скоростью газа. Правда, это явление может сопровождать также нейтронную звезду, поэтому желательно, чтобы был и второй признак — сильное излучение ренгтеновских или даже гамма-лучей (то есть самого мощного излучения, какое есть в природе). И есть еще третий признак — гравитационная линза. Как мы знаем, гравитация массивного объекта искривляет световые лучи. Поэтому супермассивная черная дыра должна фокусировать лучи находящегося позади нее объекта, подобно тому, как обычная линза фокусирует солнечные лучи.

Вот, опираясь на все эти приметы, вместе взятые, астрономы и утверждают сегодня, что в центре почти всех крупных галактик находятся супергигантские черные дыры с массой порядка миллиардов солнечных масс, существование которых вызывает невероятно активные процессы в центрах этих галактик (такие центры так и называются «активными галактическими ядрами», и считается, что именно они являются источником пронизывающих Вселенную космических лучей). Есть такая дыра и в центре нашего Млечного Пути, в направлении на созвездие Саггитариус. Об этом говорит быстрое вращение некой звезды S2 на расстоянии всего 17 световых часов от центра нашей галактики. Расчеты показывают, что такое вращение может вызвать масса примерно в 4 миллиона солнечных масс, сконцентрированная в сфере радиусом всего шесть с хвостиком световых часов. Такими параметрами может обладать только гигантская черная дыра.

С помощью таких же признаков астрономы недавно (в январе 2008 года) обнаружили самую гигантскую из всех найденных до сих пор черных дыр. Этот рекордсмен массой в 18 миллиардов (!) солнечных масс находится жутко далеко от нас, но что интересно — имеет спутника в виде другой черной дыры, размером поменьше, «всего» в 100 миллионов солнечных масс, которая постепенно сближается с первой. При каждом обращении дыра-спутник пронизывает диск вещества, окружающий основную дыру, и это вызывает выброс излучения, вспышку, по которым астрономы опознали эту систему и рассчитали все ее параметры. Существуют и другие кандидаты в рекордсмены массы, но сведения о них менее точны. В общей сложности на данный момент астрономы насчитывают около 160 супермассивных черных дыр во всей разведанной Вселенной. Судя по данным о них и основанным на них расчетам, все эти дыры быстро вращаются. Упомянуть об этом стоит, потому что, в отличие от стационарных черных дыр, вращающиеся дыры, согласно расчетам теоретика Керра, который ими первый занялся, имеют поразительные свойства — в их центре, например, могут открываться туннели, ведущие в другие точки нашей Вселенной или даже в другие вселенные, если таковые существуют.

Но вернемся все же к черным дырам промежуточного размера и к загадке их видимого отсутствия. Насчет признаков наличия во Вселенной гигантских дыр мы уже сказали. Признаки существования небольших звездоподобных дыр тоже достаточно многочисленны. Но вот намеки на существование дыр с массой в сотни или тысячи солнечных масс можно пересчитать по пальцам. Поэтому каждый новый такой намек вызывает большой интерес. Например, в 2002 году внимание ученых привлекли сообщения сразу двух групп астрономов, которые заявили, что нашли признаки существования промежуточных черных дыр массой в 4 тысячи и 20 тысяч наших Солнц в так называемых «шаровых скоплениях» двух галактик, нашей и туманности Андромеды. И что еще