Юлия Мизун - Мыслящая Вселенная

При движении тела вокруг черной дыры излучаются гравитационные волны. Поскольку часть энергии уносится гравитационной волной, то радиус орбиты движущегося тела будет постепенно уменьшаться. Это уменьшение будет продолжаться до тех пор, пока радиус не уменьшится до трех гравитационных радиусов. При дальнейшем уменьшении расстояния движение тела становится неустойчивым.

Поскольку излучение гравитационных волн происходит очень долго, то общая излученная энергия достаточно большая, несмотря на то, что излучаемые волны несут мало энергии.

Что же произойдет с телом, когда оно попадет в черную дыру? Опишем этот процесс последовательно. При этом будем рассматривать не просто движущееся тело, а движущегося наблюдателя. Предположим, что наблюдатель находится на поверхности звезды, которая сжимается. В процессе сжатия размеры звезды уменьшаются до гравитационного радиуса и дальше продолжают сжиматься. За короткий промежуток времени (если следить за временем на поверхности звезды) эта звезда сожмется в точку, а плотность вещества станет бесконечной. Физики такое состояние называют сингулярным. При таком состоянии приливные гравитационные силы стремятся к бесконечности. Они обязательно разорвут данное тело. Именно это произойдет с телом, которое падает в черную дыру уже после сжатия звезды. Это тело также достигает состояния сингулярности. Если тело уже перешло гравитационный радиус, то оно неизбежно должно перейти в состояние сингулярности. Любое тело может просуществовать внутри черной дыры всего одну стотысячную долю секунды.

Что собой представляет сингулярность? Ученые считают, что в сингулярности пространство и время не только «искривляются» сильнейшим образом, но и утрачивают свой непрерывный характер. Оно распадается на отдельные неделимые более промежутки — кванты.

В заключение описания черных дыр, о которых мы знаем меньше, чем не знаем, приведем слова нобелевского лауреата физика С. Чандрасекхара: «Исследуя явления, связанные с горизонтами событий и невозможностью передавать через них информацию, я часто повторял про себя сказку о природе, которую слышал в Индии лет пятьдесят назад. Сказка эта называлась «Не потерялась, а просто исчезла» и повествовала о личинках стрекоз, живущих на дне пруда. Их постоянно мучила одна загадка: что происходит с ними, когда, став взрослыми, они поднимаются к поверхности пруда, проходят через нее и исчезают, чтобы больше никогда не вернуться? Каждая личинка, ставшая взрослой и готовящаяся подняться наверх, обязательно обещает вернуться и рассказать оставшимся внизу подругам о том, что же происходит наверху. Ведь только так удастся подтвердить или опровергнуть слухи, распространенные лягушкой: будто бы личинка, пересекающая поверхность пруда и оказавшаяся по другую сторону привычного мира, превращается в удивительное существо с длинным стройным телом и сверкающими крыльями. Но, выйдя из воды, личинка превращается в стрекозу, которая, увы, не может проникнуть под воду пруда, сколько бы она ни пыталась и как бы долго ни парила над его зеркальной поверхностью. И в летописи, которую ведут личинки, нет ни одной строки о личинке, которая возвратилась бы и рассказала, что же происходит с теми, которые пересекали границу их мира. И сказка оканчивается жалобой: «Неужели ни одна из нас, хотя бы из жалости к тем, кого мы бросили внизу, не вернется и не раскроет секрет?»

Черные дыры возникают в процессе чрезмерного сжатия нейтронных звезд. Но они могут возникать и другим путем. Так, ученые сейчас сходятся на том, что в центре галактики может возникнуть гигантская черная дыра. Она образуется следующим образом. Под действием сил тяготения межзвездный газ в галактике постепенно собирается в центральной области. Здесь он формирует огромное газовое облако. Дальше все просто: этот газ сжимается и образуется огромная черная дыра. Материалом для образования черных дыр может быть не только классический межзвездный газ. В центральных частях галактик находятся компактные звездные скопления, в состав которых входят миллионы звезд. Эти звезды могут разрушаться приливными силами, когда они проходят вблизи уже образовавшейся черной дыры. При разрушении звезд образуется вещество — газ, которое, в конце концов, падает на черную дыру. В этом случае протекают все те процессы, которые мы описали выше для дыр звездного происхождения. Только здесь все более масштабно. Фрагменты разрушенных звезд, которые проваливаются в черную дыру, несут с собой переменные магнитные поля. В этих полях ускоряются заряженные частицы и при этом излучают. Это излучение и есть излучение квазаров.

Излучение квазаров очень мощное, притом, что оно происходит из очень малого объема. Как известно, светимость квазаров иногда в сотни раз превышает светимость больших галактик.

Основная энергия в квазаре излучается из области размером меньше одного светового года. Поперечник нашей Галактики составляет сто тысяч световых лет.

По сути, квазары — это необычайно активные излучающие ядра больших галактик. Если галактика обладает таким ярким ядром, то на фоне этого мощного излучения отдельные звезды не видны. Но в ядрах таких галактик часто наблюдаются мощные движения газа. Ученые установили, что ядра многих галактик напоминают своего рода маленькие квазарчики. Они проявляют бурную активность. Там происходит выброс газа, изменяется яркость и т. п. Мощность излучения таких квазарчиков значительно меньше, чем полноценных квазаров. Полагают, что и в центре нашей Галактики функционирует такой квазарчик.

Все рождается и умирает. Умирают и черные дыры. Их губят их же суперсильные гравитационные поля, в которых квантовые процессы протекают по-особому. Чтобы понять эти процессы, надо рассмотреть свойства физического вакуума.

Пустоты как таковой в природе нет. Есть вакуум, физический вакуум, в котором находится море не рожденных (виртуальных) частиц и античастиц. Никаким вакуумным насосом убрать эти не рожденные частицы нельзя. Нет и других способов устранить их. Эти не рожденные частицы рождаются только в том случае, если появится энергия. Тогда они превратятся в реальные частицы. Носители этой энергии могут быть разные — сильные электромагнитные поля, сильное гравитационное поле и т. д. В обычных же условиях только на короткий миг в каждой точке физического вакуума появляется пара — частица и античастица. Но они тут же сливаются и исчезают. Они возвращаются в свое «эмбриональное» состояние.

Рождение частиц и античастиц происходит, в частности, в переменном поле. Это может быть переменное гравитационное поле. Если гравитационное поле изменяется во времени, то из физического вакуума рождаются фотоны. Их частота соответствует времени изменения поля. В слабом гравитационном поле такой эффект очень мал. Но в сильном поле ситуация меняется. Подобным образом сильное электрическое поле вызывает рождение из физического вакуума пар заряженных частиц — электронов и позитронов.