Фред Адамс - Пять возрастов Вселенной

Тем временем, вычисления траектории черной дыры вызывают настоящие опасения. Ужасно близкое прохождение гарантировано, причем в область возможных событий попадает прямое столкновение. Когда черная звезда пересекает орбиту Плутона, планеты начинают очень сильно отклоняться от своих обычных траекторий движения. На немного нестандартной, но математически правильной модели, изображенной на рис. 19, Юпитер и Уран захватывает черная дыра, тогда как Сатурн и Нептун выбрасываются в области межзвездного пространства, не попавшие на наш рисунок. Этим изгнанным планетам суждено странствовать в одиночку триллионы лет, отделяющие одну важную встречу с другими солнечными системами от следующей.

Рис. 19. Разрушение внешней Солнечной системы в результате близкого прохождения черной дыры, имеющей массу двух Солнц. В данной компьютерной модели, охватывающей период в двести лет, черная дыра вторгается через орбитальную плоскость Солнечной системы и попадает на прямую встречно пересекающуюся траекторию с Землей На каждой из четырех диаграмм изображено разрушительное действие вторгающейся черной дыры на орбитальное движение определенной внешней планеты. Для ясности отметим, что это действие накладывается на исходные орбитальные пути планет. В этой конкретной модели Сатурн и Нептун выбрасываются из Солнечной системы, тогда как Юпитер и Уран захватываются вторгающейся черной дырой и попадают на ее эллиптические орбиты. Последующие орбитальные положения планет на их траекториях показаны с двухнедельными интервалами

Если смотреть с безрадостной позиции Земли, черная дыра приближается с обратной стороны Солнца. Объединенная гравитация Солнца и черной дыры исказят продолжительность земного года. Всего за несколько недель Солнце окажется ближе к Земле, чем когда-либо за 4,6 миллиардов лет истории нашей планеты. Земля равномерно вращалась вокруг Солнца на протяжении почти половины существования космоса. Теперь же, за несколько последних дней, разрушается весь этот упорядоченный механизм. Ошеломленное человечество борется с ожидающей его судьбой. По мере того как Солнце сжигает материки, антарктический лед пугающе быстро тает, затопляя прибрежные города. В морях свирепствуют бури, которым не было равных по силе.

Конец наступает быстро. При наблюдении в телескоп черная дыра выглядит как необыкновенно яркая комета, окруженная слабо светящимся газом и искаженными изображениями фоновых звезд и галактик. В последний час начинается истинное опустошение. Как только черная дыра подходит достаточно близко, чтобы ее приливные силы могли себя проявить, та сторона Земли, что оказывается перед черной дырой, ощущает силу ее притяжения гораздо больше противоположной и планета начинает значительно деформироваться. В коре Земли возникают напряжения, а ее поверхность сотрясают землетрясения. Шесть, семь, восемь, девять…. — шкалы Рихтера попросту не хватает для описания этих чудовищных землетрясений. Цунами омывают материки. Земная кора разрывается по старым линиям сброса породы, и каменные обломки плывут вместе с кипящей лавой по деформирующейся планете. Землю, подобно ириске, растягивают, превращая в диск из испаряющегося камня, который, стремясь убежать, завихряется, чтобы в конечном итоге кануть во вторгающуюся черную дыру. Энергия, которая высвобождается во время этой окончательной гибели, видна далеко за пределами Галактики.

Этот сценарий столкновения имеет гипотетический характер из-за того, что мы допустили крайне невероятное прямое столкновение, и из-за того, что мы очень переживаем за поглощаемое тело. Но вымышленная гибель Земли из-за поглощения ее черной дырой — это очень даже реальная судьба многих звезд и, возможно, более чем немногих планет. В самом деле, близкая черная дыра Лебедь X -1 сейчас обрастает веществом своего спутника — голубой звезды-сверхгиганта. Этот сверхгигант и черная дыра заключены на тесной орбите, причем звезда значительно расширяется из-за приливной силы черной дыры. С поверхности звезды непрерывно срывается поток вещества, который образует вихреподобный диск горячего светящегося газа. Из-за трения газ нагревается и по спирали всасывается внутрь, тем самым питая черную дыру. Образующийся в результате диск искрится рентгеновым излучением. Несмотря на то, что самому голубому сверхгиганту суждено вспыхнуть в сверхновую, до этого времени черная дыра поглотит значительную долю звезды.

Рождающиеся сверхмассивные черные дыры в центрах галактик — это самые громадные пожиратели звезд. Более маленькие предвестники этих сверхмассивных дыр образуются в плотных центрах новорожденных галактик, где имеется огромное множество сырья для их питания. Некоторая часть газа вблизи черной дыры имеет слишком большой кинетический момент, чтобы упасть прямо на дыру. Этот газ образует диск вокруг массивной черной дыры, во многом напоминающий диск вокруг Лебедя X -1 разве что большего размера. Звезды, которые осмеливаются подойти к дыре слишком близко, ее приливные силы разрывают на куски и добавляют к диску. Огромное количество энергии, которое высвобождается в ходе этого процесса, мы можем наблюдать в виде квазара.

По мере того как разворачивается эпоха черных дыр, вращающиеся по своим орбитам астрономические системы теряют энергию из-за диссипативного действия гравитационного излучения. Поскольку такая потеря источника энергии вряд ли служит определяющей характеристикой повседневной жизни, начнем с аналогии. Вообразите, что вы натягиваете тонкий упругий лист на металлический обруч, а затем помещаете в центр этого листа тяжелый мяч. Мяч проваливается и образует впадину. Далее, подумайте о том, как катался бы по этому листу мраморный шарик. Если для начала должным образом его толкнуть, то мраморный шарик движется по кругу вокруг тяжелого шара. Проделав несколько орбит, он по спирали движется внутрь и, в конце концов, покрутившись, останавливается недалеко от низа впадины. Кинетическая энергия мраморного шарика теряется из-за сил трения между шариком и листом; энергия рассеивается, превращаясь в тепло и звуковые волны.

Аналогичное явление имеет место, когда черные дыры или звезды движутся по орбите вокруг друг друга. Масса вызывает местное искривление пространства. На наших диаграммах вложения искривленное двумерное пространство — аналогичное поверхности упругого листа — показывает, каким образом формируются расстояния между точками в искривленном пространстве. Около звезды кривизна пространства разрешает орбиту планеты и аналогична кривизне листа. Система планета-звезда также имеет одну особенность, аналогичную трению между листом и мраморным шариком: именно из-за этого трения мраморный шарик по спирали скатывается внутрь углубления. Гравитация и вправду создает эффект типа трения. Когда массивные тела движутся по кругу или совершают колебания, они создают чрезвычайно слабые возмущения или рябь в основной структуре пространства-времени. В процессе движения массивного тела в пространстве должна двигаться и кривизна пространства-времени, и это движение создает возмущения, которые распространяются через пространство-время. Этими возмущениями являются гравитационные волны. Они уносят энергию от массивных гравитирующих тел почти так же, как вибрации в упругом листе и колебания в воздухе уносят энергию от катящегося мраморного шарика.