Сергей Минаков - Таинственные явления природы и Вселенной

Теперь посмотрим на происходящее глазами Петра. Приближаясь к черной дыре, он не наткнется ни на какие границы и без труда пересечет горизонт событий. Ну а дальше… Скорее всего, еще до того, как наш храбрый, но некомпетентный Петр увидит что-нибудь интересное, он будет разорван на части или растянут, благодаря так называемому приливному эффекту. Дело в том, что гравитационное поле разнится в зависимости от расстояния до массивного объекта: часть, которая ближе к его центру, притягивается сильнее. Чем плотность объекта больше, тем гравитация сильнее и тем больше разница между гравитационными силами, действующими, скажем, на ноги и голову нашего Петра. Черная дыра очень плотная. Следовательно, ее гравитация очень велика и эффект из-за этой разницы будет существенен на расстояниях, которые сравнимы с ростом человека. Да, да, наш Петр просто превратится в спагетти! Для приливного растяжения в черной дыре даже существует особый термин — spaghetification («спагеттификация»). Более того, расстояние, на котором уже существенен приливной эффект, по мере продвижения к центру черной дыры очень быстро уменьшается. Бедный Петр все равно «спагеттизируется», если не целиком, от носа к пяткам, то, так сказать, «помолекулярно»; он будет похож не на одну большую макаронину, а на порцию спагетти. Но ему это уже будет безразлично.

Но главный драматический момент состоит в том, что ни поведать о своих впечатлениях от увиденного под горизонтом черной дыры, ни позвать на помощь наш бедный Петр не сможет. Принципиально не сможет: никакая информация не способна преодолеть горизонт черной дыры в обратном направлении, от центра! Ну, если только носитель информации будет квантовый — но это уже по части научной фантастики.

И все же, перед тем как «спагеттизироваться», что же Петр увидит? По мере приближения к черной дыре он заметит, что вид неба странным образом искажается, как будто оно уменьшается в размерах и искривляется. Затем абсолютная чернота черной дыры начнет перекрывать обзор. Так Петр пересечет то, что называется «фотонной сферой». На этом расстоянии от горизонта событий свет еще не втягивается в черную дыру, но и не может уже от нее оторваться вследствие гравитации. Фотоны света крутятся вокруг черной дыры по орбите, подобно орбитальному спутнику Земли. Поэтому, глядя вперед или немного в сторону, Петр мог бы видеть собственный затылок: свет, отраженный от его затылка, обернется вокруг черной дыры, вернется обратно и попадет на его сетчатку. Затем, по мере приближения к центру, Петр увидит, как позади него все небо уменьшается в размерах и стягивается в точку. Впрочем, если черная дыра была достаточно большой, то на горизонте событий Петр может довольно сносно и даже комфортно провести еще несколько часов. Затем станет очень больно.

А что будет потом? Никто точно не знает. Конечно, Петра уже не будет в живых. Но элементарные частицы, из которых состояло его тело на квантовом уровне, могут появиться где-нибудь в нашей вселенной или в какой-то другой вселенной классического типа, или утонуть в море инфлирующего вакуума. Некоторые ученые считают, что если черная дыра движется, она может породить то, что в астрофизике называется wormholes — «червоточина». По сути, червоточина — это магистраль квантового тунеллирования, о котором речь шла в предыдущей главе. Частицы, из которых раньше состоял Петр, могут внезапно оказаться в точке пространства, где они никак не могли бы оказаться, двигаясь по нему даже со скоростью света! Возьмем обычный лист бумаги и отметим самые далекие друг от друга точки. Но если мы согнем наш лист и приложим эти точки одна к другой, расстояние между ними сократится до нуля! Что-то подобное происходит и в случае с червоточиной.

Все без исключения черные дыры неразличимы: каковы бы ни были начальные условия их формирования, в итоге всегда одно и то же. Любая черная дыра характеризуется всего лишь тремя параметрами: массой, угловым моментом (спином) и электрическим зарядом. И все, что в нее проваливается, тоже утрачивает индивидуальные характеристики.

Если еще 20–30 лет назад черные дыры считались изящной теоретической спекуляцией, а в их реальном существовании было позволительно сомневаться, то сегодня 99 % астрофизиков убеждены, что черные дыры уже открыты. К настоящему времени обнаружено свыше 20 рентгеновских объектов в маломассивных двойных системах, которые считаются кандидатами в черные дыры. Если же к этому списку добавить сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, то насчитаем их более трех сотен.

В некотором смысле черные дыры — создатели галактик, так как они тянут планеты и звезды к спиральному центру. У каждой галактики есть черная дыра, и иногда галактики сталкиваются вместе из-за гравитации более крупных черных дыр.

Все подобные объекты можно разделить на три типа: 1) черные дыры с массой от 3 до 50 солнечных масс, представляющие собой продукт эволюции массивных звезд; 2) сверхмассивные черные дыры в ядрах галактик, достигающие 106–109 масс Солнца; 3) так называемые первичные черные дыры, образовавшиеся на ранних стадиях Вселенной. Своим появлением на свет они обязаны локальным деформациям метрики пространства-времени в первые моменты после Большого взрыва, задолго до того, как зажглись первые звезды. Поскольку черные дыры постепенно «испаряются» (это доказал Стивен Хокинг), до наших дней могли дожить первичные черные дыры только с массой более 1012 кг.

Звезды не распределяются в пространстве равномерно, а образуют более или менее компактные структуры — галактики. Те, в свою очередь, входят в состав скоплений и сверхскоплений, простирающихся на десятки миллионов световых лет. Наша галактика Млечный Путь является одним из таких звездных сообществ и насчитывает 200, а может быть, даже 400 млрд звезд.

В любой галактике принято выделять ядро, или балдж (от англ. bulge — «выпуклость, вздутие»), диск и галó (галактическую корону). Ядро представляет собой компактный сферический компонент, окружающий галактический центр. Масса его оценивается в 20 млрд солнечных масс. А в центре — сверхмассивная черная дыра с массой от двух до трех миллионов масс Солнца. Около центра галактики звезды располагаются очень плотно. Для сравнения: если в окрестностях Солнца на 50 кубических световых лет приходится всего одна звезда, то в центре Млечного Пути всего лишь в объеме, равном 3 кубическим световым годам, содержится примерно 10 тыс. звезд. По мере удаления от центра плотность звезд падает.

Более половины массы галактики (около 60 млрд масс Солнца) приходится на плоский диск, внутри которого выделяют тонкую и толстую часть. Поперечник галактического диска составляет 100 тыс. световых лет, или 30 килопарсек (30 кпк), а его толщина колеблется в широких пределах — от 300 до 3 тыс. световых лет. В области центра он тоньше, а к периферии заметно расширяется. Галактический диск неверно представлять себе как сплошную гомогенную структуру наподобие колеса: он распадается на спиральные рукава. Солнце расположено в 26 тыс. световых лет от центра галактики и совершает вокруг него полный оборот за 220 млн лет, преодолевая примерно 250 км/с. Иногда говорят, что один оборот вокруг центра — это галактический год, и выходит, что возраст Солнечной системы составляет 20 галактических лет.