Темная сторона Вселенной

Как бы черная дыра могла себя проявить? Она черная, ее не видно.

Вот если бы она на фоне какого-то яркого объекта прошла, мы бы это заметили. Если бы черная дыра пересекла на небе изображение далекой галактики, вы бы это заметили, свет преломился бы гравитацией далекой черной дыры.

Но ждать этого не приходится, это были бы миллионы лет, мы бы устали за этим наблюдать. Поэтому многие физики – теоретики.

Вот один из них, это нобелевский лауреат Кип Торн.

Когда он еще не был нобелевским лауреатом, а был молодым физиком, ученые считали, что ни нейтронные звезды, ни черные дыры мы никогда увидеть не сможем.

Они такие маленькие, они почти не отпускают от себя свет. Никакой надежды.

Торн написал в своей книге: «Никакой надежды увидеть такие объекты нет».

Стоило ему это написать, как нейтронные звезды были открыты, и открыла их молодая аспирантка Кембриджского университета Джоселин Белл, наблюдая радиосигналы, приходящие из космоса на новом тогда сооруженном радиотелескопе, она открыла быстрые радиоимпульсы.

Они очень четко повторяли друг друга, и ясно было, что это какой-то быстро вращающийся компактный объект, который как маячок посылает Земле сигналы.

Так были открыты нейтронные звезды, от которых один шаг оставался до черных дыр. Нейтронные звезды — фантастические объекты, их вещество настолько плотно сжато, что наперсток такого вещества весит тысячи тонн.

Где нейтронные звезды? Вот перед нами результат взрыва сравнительно недавнего, он произошел примерно 1000 лет назад.

Древние китайские астрономы наблюдали вспышку сверхновую на небе с Земли, а сегодня мы видим разлетающееся от этого взрыва вещество.

Вот тут находится ядрышко той звезды, которая взорвалась. Отмечено красным кругом.

Верхняя часть — оболочка звезды — разлетается, а ядрышко — сжалось до состояния нейтронной звезды, вращается со страшной скоростью, делает тридцать три оборота в секунду. И посылает с такой частотой нам радиоимпульс.

Это было замечательное открытие. Стало ясно, что природа умеет создавать компактные объекты.

Какая сила сжимает ядро? Гравитация. Когда нет чего-то, что сопротивляется гравитации, она может весьма сильно сжать любое тело.

Как же обнаружить черную дыру, да и нейтронную звезду, если они такие маленькие, почти незаметны? Способ нашелся. Самих по себе их почти не видно, но если рядом с нейтронной звездой или с черной дырой находится второй компонент двойной звездной системы — обычная звезда — то компактное вещество может срывать с поверхности обычной звезды вещество.

Падая и притягиваясь к черной дыре или к нейтронной звезде (они одинаково себя ведут – маленькие, компактные с гигантской силой притяжения), это вещество стремительно вращается в так называемом аккреционном диске. Нагреваясь при трении слоев друг от друга, газ несется со скоростью в половину скорости света и излучает ультрафиолетовые, рентгеновские и даже гамма-лучи, что весьма редко бывает в космосе, и сообщает о существовании такого объекта.

Конечно, это рисунки художника, но по таким проявлениям этих объектов, мы их уже обнаружили. Как же отличить черную дыру от нейтронной звезды, когда на них обрушивается вещество?

Если бы у нас были хорошие супертелескопы, и мы могли бы детально рассмотреть окрестности черной дыры и нейтронной звезды, мы бы их легко отличили друг от друга. Каким образом?

Их можно отличить друг от друга по центральной части горячего аккреционного диска.

Ныряя внутрь черной дыры, вещество просто пропадает с глаз долой. Оно прекращает светиться, потому что черная дыра его поглотила, и мы бы в центре аккреционного диска увидели черное нечто – дыру.

В случае нейтронной звезды, у которой есть поверхность, вещество падает на нее, и, ударяясь о поверхность, ярко светится, нагревшись. Таким образом мы в центре диска увидели бы яркое пятно.

К сожалению, таких хороших телескопов у нас пока нет (когда-нибудь, наверное, появятся), но мы различаем эти объекты по каким-то косвенным признакам. Например, даже в случае, когда никакой аккреции, падения вещества не происходит, все равно мы можем заметить присутствие черной дыры, например, в плотном звездном скоплении.

Такие звездные скопления существуют и в нашей Галактике. И в этом, и в другом скоплении мы заметили один странный факт — звезды на периферии движутся довольно медленно, ниже летают по орбитам вокруг центра скопления, но чем ближе к центру, тем интенсивнее становится движение звезд. Что же их там притягивает? Под действием чего они держатся там, не вылетают оттуда, хотя движутся по орбитам на большой скорости?

Расчеты показали, что там массивное тело, но мы его не видим, там невидимое массивное тело. Остается предположить, что это черная дыра.

В нашей Галактике можно найти большую черную дыру? Мы ее уже нашли. Кстати говоря, осенью 2020 года те, кто ее нашел, получили за это Нобелевскую премию.

Она находится в центре нашей звездной системы, нашей Галактики. К сожалению, этот центр плохо виден, мы сами, наша Солнечная система, сидим в плотном галактическом диске, который заполнен темным межзвездным веществом, оно содержит пыль внутри себя, но в тепловом инфракрасном диапазоне все-таки можно пробиться в центр галактики.

Стрелочки показывают положение самого центра. Довольно далеко от нас, 26 тысяч световых лет до него, но тем не менее современные телескопы могут туда пробиться.

Специальная техника, которая называется адаптивная оптика, позволяет нам получать очень четкое изображение окрестности центра нашей Галактики. Вот тот самый центр Галактики. Раньше вообще кисель сплошной видели, размытое изображение. Адаптивная оптика позволяет нам сконцентрировать свет звезд, увидеть их по отдельности. Зачем это нужно? Чтобы следить за движением звезд.

Мы видели, как отдельные звезды по орбитам движутся вокруг чего-то, но там ничего нет, это просто отметка. Мы не видим массивного тела, которое бы их притягивало к себе, и заставляло двигаться по орбите, но раз масса есть, а тела не видно — это черная дыра.

Расчеты показывают, что масса ее колоссальная — примерно четыре с половиной миллиона масс Солнца. Гигантская черная дыра, происхождение ее пока не понятно. Звезд таких в природе не бывает, но она там есть.

Мы убедились, что в центре почти каждой крупной Галактики есть черная дыра.

Хотелось бы что-то от нее все-таки получить. Не просто подозревать о наличии черных дыр где-то там, а получить от них какую-то весточку. Свет, радиоволны — не уходят из черных дыр. Хокинговское излучение, о котором я говорил, безумно слабое. Зарегистрировать его от крупных черных дыр практически невозможно, даже надежды на это нет.