ЗНАКОМЬТЕСЬ: ЧЁРНЫЕ ДЫРЫ
Чёрные дыры совершенно не похожи ни на планеты, ни на Солнце, ни на другие звёзды. Чёрные дыры — невидимки, причём очень опасные. Они способны разорвать на части и проглотить всё, что к ним приблизится.
В последнее десятилетие появилось множество научных сообщений, статей и даже книг о чёрных дырах. Так что их открытие — пожалуй, величайшее открытие во Вселенной — совершается на наших глазах!
Как же учёные догадались, что во Вселенной есть чёрные дыры? Первыми их открыли математики и физики, как говорится, «на кончике пера» — с помощью сначала простых, а потом и очень сложных математических вычислений. Было это задолго до того, как чёрные дыры стали искать астрономы. Уже тогда учёные понимали, что во Вселенной могут существовать невидимые небесные тела, которые притягивают к себе окружающие их другие небесные тела во много раз сильнее, чем звёзды и планеты.
Вы знаете, что наша Земля, например, своим притяжением не только заставляет падать брошенный камень, но и удерживает на орбите Луну, а Солнце удерживает планеты, включая Землю, астероиды и кометы. Но от Земли, впрочем как и от Солнца, всё-таки можно оторваться и улететь в космическое пространство. Современные космические ракеты способны развивать такие скорости, при которых установленные на них космические аппараты могут долететь до Луны и планет Солнечной системы.
Скорость убегания от Земли, или, как её называют, вторая космическая скорость, составляет более 11 километров в секунду. Но самый быстрый в природе — луч света. За одну секунду он пролетает 300 тысяч километров (см. «Наука и жизнь» № 11, 2007 г.), поэтому без труда покидает огромные и тяжёлые небесные тела, такие как Солнце и другие звёзды. Но даже лучи света не могут выбраться из могучих объятий чёрной дыры. Вот почему она невидимка. Чтобы «убежать» от чёрной дыры, нужно иметь скорость большую, чем скорость света, но это просто невозможно, потому что, повторяю, в природе это самая большая скорость.
Чтобы представить себе, что такое чёрная дыра, давайте чуть-чуть пофантазируем. Если бы размер земного шара при той же массе был в два раза меньше, чем на самом деле, то, как показывают вычисления, вторая космическая скорость, или скорость убегания, стала бы в четыре раза больше. Будем мысленно продолжать уменьшать Землю и тем самым увеличивать скорость убегания. Представим себе сказочного великана, который сумел сжать земной шар до размеров спичечного коробка. Тогда Земля превратилась бы в чёрную дыру, так как даже лучи света не смогли бы оторваться от этого невероятно тяжёлого крошечного шарика! Если бы великан захотел превратить в чёрную дыру Солнце, ему пришлось бы сжать его в шар диаметром всего около 30 км. Великан мог бы создавать чёрные дыры и другим способом, собирая вместе в разных частях Вселенной множество проживших свою жизнь звёзд, планет и другого космического материала. В результате из таких сгустков могли бы получиться огромные чёрные дыры, причём очень-очень тяжёлые. На самом деле, как вы понимаете, чёрные дыры во Вселенной образуются иначе. Давайте попробуем разобраться, как это происходит.
СУДЬБА УМИРАЮЩИХ ЗВЁЗД
Любуясь красотой звёздного неба, можно подумать, что оно было таким всегда. Люди, жившие несколько тысяч лет назад, видели эти же звёзды и созвездия. Хотя сегодня мы знаем, что 50 или 100 тысяч лет назад созвездия выглядели несколько иначе. Но для нашей Вселенной, существующей миллиарды лет, сотня тысяч лет — лишь краткий миг. Напомним: возраст Земли — 4,5 миллиарда лет, возраст Солнца — приблизительно 5 миллиардов лет. Есть много планет и звёзд во Вселенной моложе или старше Земли, моложе или старше Солнца.
Наше светило — вполне взрослая звезда, находящаяся в расцвете сил. К счастью для землян, Солнце прошло лишь половину своего жизненного пути, а значит, ещё миллиарды лет будет обогревать Землю и другие планеты. Но астрономы уже сегодня знают, что ожидает Солнце в далёком будущем. Оно из жёлтой звезды, размеры которой не так уж велики, превратится в гигантскую красную звезду (см. «Наука и жизнь» № 4, 2008 г.). В дальнейшем оболочка красного гиганта начнёт медленно отделяться от центрального сжавшегося ядра. Удалившись от ядра, оболочка превратится в причудливую планетарную туманность, а на месте красного гиганта останется горячий белый карлик размером с Землю. В нашей Галактике открыто много белых карликов. Вещество, из которого они состоят, совершенно особенное. Если бы мы могли наполнить им чайную ложечку и взвесить её, то на Земле она весила бы около тонны!
А какая судьба уготована звёздам более тяжёлым, чем Солнце? Что их ждёт в далёком будущем? В конце жизни тяжёлая звезда может взорваться, или, как говорят астрономы, вспыхнуть, и на небе появится сверхновая звезда. В результате этого взрыва от звезды останутся очень плотное ядро и удаляющаяся от него оболочка.
Благодаря старинным летописям астрономы точно знают, когда, например, произошла вспышка сверхновой звезды, подарившая нам Крабовидную туманность (см. «Наука и жизнь» № 2, 2008 г.), внутри которой спряталась крохотная звезда, очень быстро вращающаяся вокруг своей оси. Такие звёзды называются нейтронными. Они значительно меньше белых карликов и сжаты ещё больше. Ложечка, наполненная веществом, из которого они состоят, весила бы много миллионов тонн!
При взрывах ещё более тяжёлых звёзд их ядра могут чудовищно сжаться и превратиться в чёрные дыры. Получается, что они представляют собой остатки умерших звёзд, поэтому их иногда называют звёздными чёрными дырами.
Отыскать чёрные дыры во Вселенной астрономам помогают «танцующие» пары звёзд или двойные звёзды (две звезды, обращающиеся вокруг общего центра масс). Представим, что одна из звёзд такой пары превратилась в чёрную дыру и притягивает к себе потоки частиц вещества второй звезды. Эти частицы не падают в чёрную дыру, а закручиваются вокруг неё и при этом сильно нагреваются. Сама чёрная дыра от этого не перестаёт быть невидимкой, но закрученное вокруг неё горячее вещество может быть обнаружено с помощью космических обсерваторий – специальных телескопов, установленных на искусственных спутниках Земли.
Ещё никто из землян не летал даже на самые близкие к нам планеты, мы не бывали ни на Марсе, ни на Венере. А астрономы пытаются представить себе, каким могло бы стать путешествие к далёкой чёрной дыре. Хотя совершенно ясно, что на самом деле никто никогда к ней не полетит, потому что приблизившийся к чёрной дыре звездолёт будет разорван силами тяготения.
ЧЁРНАЯ ДЫРА В ЦЕНТРЕ ГАЛАКТИКИ
Гигантские чёрные дыры могут образоваться в центре галактик, например в спиральных галактиках. Во Вселенной их много. Самая загадочная часть спиральной галактики — её ядро. Оно выглядит светлым пятнышком. Во многих галактиках такие «пятнышки» состоят из скопления звёзд и большого количества газа. Между тем существуют галактики, в ядрах которых из миллионов и миллиардов звёзд образовались огромные чёрные дыры. Чаще всего такие громадины, в миллиарды раз тяжелее Солнца, рождаются и живут в ядрах необычных галактик. Например, галактики, называемые активными, в отличие от прочих, в том числе и от спиральных галактик, ведут себя буйно и светят исключительно ярко. Но не так давно астрономы поняли, что чёрные дыры могут находиться в ядрах и таких «безобидных» галактик, как наша собственная Галактика.
Может быть, в центре Галактики вовсе не чёрная дыра, а, например, большущее скопление звёзд? Ещё недавно астрономы примерно так и думали, но сейчас поняли, что ошибались. Вычисления убедили их, что если бы в центре Галактики скопилось огромное количество звёзд, то они не смогли бы существовать в жуткой тесноте и постепенно разлетелись бы в разные стороны. То, что этого до сих пор не произошло, подтверждает, что в центре Галактики находится громадная чёрная дыра, которая весит столько же, сколько два-три миллиарда тяжёлых звёзд. Такие чёрные дыры называются сверхмассивными. На данный момент они обнаружены в нескольких сотнях галактик.
Открытие в центре Галактики чёрной дыры кого-то, может быть, и испугало. Но на самом деле пугаться нечего. Чёрная дыра опасна лишь для звёзд, находящихся вблизи неё. А Солнце и Солнечная система расположены далеко от центра Галактики, можно сказать, на её окраине. Луч света преодолевает это расстояние за несколько тысяч лет.
Может показаться, что изучать ядро нашей Галактики легче, чем центральные области других галактик, ведь находятся они намного дальше. Но всё не так просто, потому что центральные области Галактики скрыты от нас пылевой завесой, которая почти не пропускает световые лучи. Но другим лучам – пыль не помеха. Они помогают астрономам заглянуть внутрь Галактики и увидеть, что там творится. С помощью специальных наземных и космических телескопов ученые изучают движение звёзд, которым «посчастливилось» жить не очень далеко от чёрной дыры. Некоторые из них пролетают более тысячи километров в секунду! Похоже, это сверхмассивная чёрная дыра заставляет их мчаться с такой большой скоростью. Для сравнения: наша Земля тоже очень быстро летит по своей орбите, но её скорость «всего» 30 км/с.
Чёрная дыра в центре Галактики так велика, что, наверное, не поместилась бы во всей Солнечной системе. К счастью, характер у неё довольно спокойный. Она дремлет, лениво пожирая всё, что на неё упадет. Это в основном «неосторожные» звёзды и газ, которого очень много в межзвёздном пространстве. Хорошо, что наша чёрная дыра не буйствует, как её сестры в активных галактиках. Можно сказать, что мы живём в нормальной Галактике и сверхмассивная чёрная дыра в её центре тоже нормальная. И это просто замечательно!
