Олег Фейгин - Принцип апокалипсиса: сценарии конца света

Чтобы увеличить шанс обнаружения черной одиночной дыры, нужно, во-первых, искать близкие черные дыры, во-вторых, хотя бы примерно знать, куда смотреть. Пожалуй, одна из немногих возможностей выполнить сразу два условия – засечь «бегунов». В окрестностях Солнца есть быстродвижущиеся звезды, что, в общем-то, нетипично: появление «бегунов» объясняется их рождением в двойных системах.

Черные дыры могут сближаться и сливаться, и тогда вблизи них будут ощущаться гравитационные волны – пульсации кривизны пространства-времени (космический корабль будет трясти, сжимать, растягивать). В результате таких слияний должны возникать дыры с особенно быстрым вращением. Их сплюснутость может быть заметной на глаз. Суммарная масса новой дыры должна быть чуть меньше суммы исходных, так как часть массы уносится гравитационными волнами. Энергией вращения черных дыр, в принципе, можно воспользоваться: если построить кольцо вокруг экватора и внедриться под горизонт событий магнитным полем, то от экватора потечет электрический ток в кольцо, а от кольца – к полюсам…

Теория предсказывает, что коллапс звезд является не единственным способом рождения черных дыр, и существуют особые механизмы формирования первичных коллапсаров в ранней Вселенной. По мере расширения пространства средняя плотность вещества уменьшается, следовательно, в прошлом она была намного выше и достигала ядерного уровня в первые микросекунды после Большого взрыва. Известные законы физики применимы лишь до определенного предела плотности вещества, при которой сила гравитации становится так велика, что любые, даже незначительные ее колебания способны перерасти в коллапс пространства-времени. Однако в таких условиях могут возникать только сверхмикроскопические коллапсары, намного меньшие элементарных частиц, но с гигантской для таких размеров массой в тысячные доли миллиграмма. Постепенно, по мере уменьшения плотности космической материи, могли формироваться все более массивные первичные черные дыры, начиная от размеров нуклонов и заканчивая параметрами обычных физических объектов. Дыры, родившиеся в эпоху, когда космическая плотность соответствовала ядерной, обладали бы массой, близкой к солнечной.

Вообще говоря, сама по себе высокая плотность ранней Вселенной еще не гарантировала появления микроколлапсаров. Чтобы в некоторой области пространства расширение остановилось и начался бы коллапс, нужно, чтобы плотность черной дыры оказалась выше средней, так что необходимы еще и флюктуации. Для формирования первичных черных дыр эти колебания должны быть сильными в малых масштабах, что также возможно. Но даже при отсутствии флюктуаций дыры могли формироваться спонтанно в разные моменты космологических фазовых переходов – например, когда во Вселенной закончился ранний период ускоренного расширения, известный как инфляция, или в эпоху ядерной плотности, когда такие частицы, как протоны, конденсировались из составляющих их кварков. Астрономы считают, что локальное изменение плотности первичного вещества инициировало процессы образования звезд, галактик и их скоплений.

Нынешний успех астрономии доказывает, что черные дыры – не просто экзотические объекты Вселенной, окрыляющие нашу фантазию, они заставляют задуматься над тем, что многие причудливые особенности природы еще не познаны. Так, астрономы на основе данных, полученных со спутниковых лабораторий, открыли искривление пространства около нейтронной звезды – правда, очень слабое. Уже запущен спутник, специально приспособленный для исследования эффектов теории относительности. Общая теория относительности, как известно, предсказала, что масса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликования работы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, проводя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, которые на самом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце. Под действием солнечной гравитации изображения звезд сместились. Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «гравитационных линз» тяжелых звезд и, прежде всего, черных дыр, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам видятся с Земли.

Учитывая важнейшие свойства черных дыр (массивность, компактность и невидимость), астрономы постепенно выработали стратегию их поиска. Проще всего обнаружить черную дыру по ее гравитационному взаимодействию с окружающим веществом, например, с близкими звездами. Попытки обнаружить невидимые массивные спутники в двойных звездах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что черные дыры активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они отбирают вещество у соседней звезды и поглощают его, нагревая при этом до температуры в миллионы градусов и делая его на короткое время источником рентгеновского излучения.

Поскольку в двойной системе черная дыра в паре с нормальной звездой обращается вокруг общего центра массы, удается, используя эффект Доплера, измерить скорость звезды и определить массу ее невидимого компаньона. Астрономы выявили уже несколько десятков двойных систем, где масса невидимого компаньона превосходит 3 массы Солнца, и заметны характерные проявления активности вещества, движущегося вокруг компактного объекта – например, очень быстрые колебания яркости потоков горячего газа, стремительно вращающегося вокруг невидимого тела.