Открытие темных дыр
Открытие темных дыр
В 1966 году был предложен очередной метод поиска темных дыр. Чтоб его объяснить, ответим поначалу на вопрос — почему светимость газа, падающего в черную дыру, относительно невелика?
Дело в том, что в межзвездном пространстве мала плотность газа, и, как следует, его не достаточно падает на черную дыру. А могут ли осуществляться в Галактике условия, когда газа падает еще больше?
Оказывается, да. Такие условия могут осуществляться, если, к примеру, темная дыра заходит в состав очень тесноватой двойной системы, где 2-ая компонента является обычной звездой-гигантом. В данном случае газ из оболочки обычной звезды под действием тяготения приятеля будет к нему перетекать массивным потоком. Мы уже гласили об этом процессе, когда обсуждали рентгеновские пульсары в двойных звездных системах.
Газ в таковой двойной системе не сумеет просто свалиться на черную дыру. из-за наличия орбитального движения он закручивается, образуя вокруг темной дыры диск. Вследствие трения слоев газа происходит его разогрев до температуры 107 градусов (еще до того, как он провалится в черную дыру). При таковой температуре газ испускает рентгеновские лучи.
Как следует, темные дыры следует находить как рентгеновские источники в составе тесноватых двойных звездных систем, где они могут быть вместе с нейтронными звездами. Такое пророчество было изготовлено академиком Я. Зельдовичем и мной в 1966 году, скоро после открытия первых рентгеновских источников И. Шкловский, сделавший такое же пророчество в 1967 году, выстроил подробную астрофизическую картину процессов, которые должны происходить в источниках рентгеновских лучей в двойных звездных системах.
Для поиска рентгеновских источников на небе нужен вынос рентгеновских телескопов за границы атмосферы, а для долгих наблюдений они должны быть установлены на искусственных спутниках (полет ракеты ведь очень непродолжителен). При помощи такового телескопа, установленного на спутнике “Ухуру”, были открыты в 1972 году рентгеновские источники в составе нескольких двойных звездных систем. Они-то и были подвергнуты подробному исследованию, а именно, при помощи аппаратуры, установленной на русских спутниках и пилотирующих галлактических кораблях.
Так началась эпоха рентгеновской астрономии. Эта интересная ветвь науки заслуживает написания отдельной книжки, и не одной, но нас на данный момент заинтересовывают рентгеновские источники в двойных звездных системах. Посреди их были такие, которые строго временами меняли свою яркость с периодом около секунды. Они заранее не могут быть темными дырами. Это крутящиеся нейтронные звезды, владеющие магнитным полем, магнитные полюса которых не совпадают с полюсами оси вращения звезды. Газ тут падает на магнитные полюса повдоль магнитных силовых линий, и в итоге появляется направленное рентгеновское излучение. Вращение же делает эти объекты вроде бы вращающимися рентгеновскими прожекторами. Но у темной дыры, как мы лицезрели, нет каких-то активных пятен на поверхности, и она не может приводить к явлению прожектора. Сгустки жаркого газа в газовом диске поблизости темной дыры, вращаясь во внутренних областях, могли бы дать повторяющиеся вспышки. Но достаточно стремительно этот период должен очень поменяться — ведь сгусток не агрессивно прикреплен к этому чему-то вращающемуся, — а из-за трения равномерно приблизиться к звезде (в итоге период воззвания миниатюризируется).
Таким макаром, темные дыры должны находиться посреди рентгеновских источников в двойных системах, не являющихся пульсарами. Отметим сначала, что эти источники не могут быть обыкновенными звездами. Ведь для того чтоб газ нагрелся до температуры, достаточной для испускания рентгеновских лучей, гравитационное поле, в каком он движется, должно быть очень велико. Такими полями владеют только малогабаритные (сжавшиеся) “умершие” звезды: белоснежные лилипуты, нейтронные звезды либо темные дыры. Но как выделить конкретно темные дыры посреди “погибших” звезд?
Мы знаем, что надежным аспектом этого является измерение массы. Если масса “умершей” звезды больше критичного значения 2-ух солнечных масс, то это темная дыра. Измерить же ее можно по орбитальному движению звезд в двойной системе. И вот оказалось, что из отысканных двойных рентгеновских источников по последней мере один обладает массой, существенно большей критичного значения. Этот источник, расположенный в созвездии Лебедя, получил заглавие Лебедь Х-1.
Обычная видимая звезда в этой двойной системе является громоздкой звездой с массой около 20 солнечных масс. “Погибшая” звезда, из окружностей которой идет рентгеновское излучение, имеет массу около 10 солнечных масс. Это намного больше критичного значения. Бессчетные новые исследования делают этот итог все более надежным. Мы можем потому с большой степенью достоверности сказать, что в системе, в которую заходит источник Лебедь Х-1, возможно, открыта 1-ая темная дыра во Вселенной.
Разглядим несколько подробнее процессы, происходящие в этой системе. Составляющие двойной звезды обращаются вокруг центра тяжести с периодом 5,6 суток. Темная дыра массой около 10 солнечных масс притягивает к для себя газ из атмосферы “обычной” звезды-гиганта массой около 20 масс Солнца. Этот газ закручивается орбитальным движением, а центробежные и гравитационные силы сплющивают его в диск.
Струи газа из-за трения примыкающих слоев движутся вокруг темной дыры по сходящейся к центру спирали. Но скорость движения к центру намного меньше, чем скорость движения по орбите. Только через месяц газ добивается внутреннего, наиблежайшего к темной дыре края диска. Тут, как мы знаем, орбитальное движение становится неуравновешенным, и газ сваливается в черную дыру.
За всегда путешествия в диске газ греется трением: в внешних слоях диска его температура всего несколько 10-ов тыщ градусов, а во внутренних частях — больше 10 миллионов градусов. Общая рентгеновская светимость этого газа в тыщи раз превосходит полную (во всех областях диапазона) светимость Солнца. Основная часть рентгеновского излучения, которая наблюдается на Земле, приходит из самых внутренних частей диска радиусом, не превосходящим 200 км. Размер самой темной дыры около 30 км.
Еще одним принципиальным подтверждением того, что рентгеновское излучение в источнике Лебедь Х-1 рождается в очень малой области поблизости темной дыры, являются очень резвые хаотические колебания рентгеновского излучения, происходящие за тысячные толики секунды. Если б излучающий объект был больше, он бы не мог настолько стремительно изменять свою яркость.
Такой этот умопомрачительный источник рентгеновских лучей, находящийся от нас на расстоянии около 6 тыщ световых лет.
Со времени открытия источника Лебедь Х-1 прошло больше 10 лет. Он кропотливо исследован. Почему же мы настолько осторожно говорим о “возможном” открытии темной дыры?
Предоставим слово южноамериканским спецам Р. Блендфорду и К. Торну. “В обыкновенной ситуации астрологи уверенно приняли бы этот итог, — молвят они, — но, так как в этом случае решается судьба первого открытия человеком темной дыры и так как твердые заключения время от времени разрушаются вовремя не увиденными периодическими ошибками, астрологи проявляют осмотрительность. Пока не будет найдено дополнительное, независящее подтверждающее подтверждение — подтверждение быстрее положительное, чем отрицательное, типа “чем все-таки еще это может быть?” — они не желают делать вывод, что Лебедь Х-1 — вправду темная дыра”.
За прошедшие годы открыто еще два-три источника, схожих Лебедю Х-1 и являющихся кандидатами в темные дыры. Но пока только кандидатами…
Сколько всего темных дыр в нашей Галактике? И есть ли опасность встречи с какой-то из них и падения в эту пучину?
Точно ответить на 1-ый вопрос тяжело, потому что непонятно, какая часть мощных звезд в конце жизни стопроцентно разрушается в термоядерном взрыве в процессе коллапса, а в какой части их все таки остается довольно мощное ядро, сжимающееся в черную дыру. Большая часть астрологов считают, что темных дыр в Галактике должно быть многие миллионы, если не млрд.
Что все-таки касается второго вопроса, то читатель, наверняка, сам уже ответил на него — угрозы случайного столкновения с умершей громоздкой звездой нет никакой. Ведь звезды настолько далековато находятся друг от друга в пространстве, что возможность их столкновения совсем пренебрежима. Тем паче ничтожна возможность столквовевия с чдрной дырой, которая еще меньше по размеру звезды. К тому же в темные дыры перевоплотился только очень малая часть всех звезд в Галактике.
Новиков И.Д.