В нашій Галактиці астрономи виявили жахливу концентрацію зірок.

Зав'язка драми

В нашій Галактиці, так і в інших теж, зірки іноді збираються у вигляді гігантських зоряних роїв, налічують сотні тисяч зірок. Це кульові зоряні скупчення, які рухаються по витягнутих орбітах, іноді віддаляючись від центру на величезні відстані. З цієї причини велику частину свого життя вони перебувають далеко від центру Галактики. Що зібрав таке збіговисько зірок у невеликому обсязі простору?

Група дослідників з Ликской обсерваторії в США, вивчаючи одне з кульових скупчень, розташованих у скупченні Пегаса, змогли проникнути настільки близько до його центру, як ніхто до них. І що ж вони "побачили"? Чим ближче вони наближалися до ядра скупчення, тим більша кількість зірок вони змогли підрахувати. Керівник робіт Пураджра Гухатхакурта вважає, що жахлива концентрація зірок пояснюється тим, що вони знаходяться під впливом сверхмассивного об'єкта - чорної діри, яка сама не видно.

В космосі, а на Землі - сильний перемагає слабкого?

І ще один факт, пов'язаний вже з більш масивними мешканцями Всесвіту - галактиками, сім'ї яких понад сотню мільярдів зірок. Вивчаючи 27 таких сімейок, розташованих від нас по сусідству, вчені з Мічиганського університету дійшли висновку, що кожна галактика має надмасивну чорну діру. Причому чим більше маса галактики, тим більше маса і небесного "монстра". Вельми цікава і модель, яка пояснює, яким чином у центральних частинах галактик виникає щось незвичайне. Спочатку чорна діра була маленькою і .те було на зорі молодості будь-галактики. Але з плином часу апетити чорної діри росли і вона поглинула настільки багато газу і пилу, що перетворилася в гігантське скупчення, щось на зразок небесного Гаргантюа. Але все одно ці чудовиська ніде не змогли поглинути все речовина свого "батька".

Отже, два, здавалося б, страшних факту. У природі існують якісь об'єкти, звані чорними дірами, які загрожують всьому навколишньому речовини (газу, пилу, зірок з їх планетами, а , значить, і з подібними нам істотами) своєю ненажерливістю - отакі небесні піраньї. Що ж таке чорні діри? Не поглине нас, якщо не завтра, так післязавтра, якась космічна розбійниця?

Білі і чорні в космосі

Колір зірок, як і шкіри людини визначається тим, якими вони народжуються. Чим гарячої зірка, тим вона голубів. У кольорах зірок представлено всі кольори веселки. Але ось "смерть" зірок зводить всю палітру їх забарвлень лише до двох - білому і чорному. Ця спроба буде нагадувати епізод з казки Льюїса Керола "Аліса в Задзеркаллі", в якому Король питає Алісу:

- Поглянь - но на дорогу! Кого ти там бачиш?

- Нікого, - сказала Аліса.

- Мені б таке зір! - зауважив Король із заздрістю. - Побачити Нікого! Та ще на такій відстані.

Побачити безпосередньо чорні діри в телескоп або відобразити їх на фотографії неможливо з тієї причини, що з-за сильного тяжіння ніщо, навіть світло не може покинути меж впливу чорних дір. Правда, це справедливо тільки для чорних дір, які не обертаються або обертаються дуже повільно.

Як же тоді можна довести існування таких об'єктів у Всесвіті? І як же уявити те, що відбувається в околицях або всередині чорних дір? Цьому можуть допомогти теоретичні уявлення, що розвиваються вченими.

Крім того, чорні діри не існують ізольовано від інших тіл - вони взаємодіють з пилом, газом міжзоряного простору, з іншими зірками галактик, створюють в оточуючих околицях поле незвичайної структури.

Трохи історії

Історія чорних дір, які американський фізик К. Торн назвав "монстрами Всесвіту", досить тривала, оскільки їх передбачення було зроблено французьким математиком і астрономом П.С.Лапласом ще в 1795 році в книзі "Виклад системи світу".

В ній творець першої наукової космогонії планетної системи писав, що "сяюча зірка з густиною, що дорівнює густині Землі і діаметрів в 250 разів більше діаметра Сонця, не дає ні одному світловому променю досягти нас з-за свого тяжіння; тому можливо, що найяскравіші небесні тіла у Всесвіті виявляються з цієї причини невидимими".

А чи існують такі тіла, на поверхні яких друга космічна швидкість дорівнює швидкості світла? Якщо так, то поле тяжіння такого об'єкта ніщо не в змозі покинути, адже для цього треба мати швидкість більшу, ніж швидкість світла. Отже, чорна діра не випускає назовні навіть світло, а це і означає, що такий об'єкт ніхто не зможе побачити зі сторони! Виходить, що в просторі як би утворюється діра, правда, в неї краще не потрапляти!

Страшна асоціація

Звідки взявся дивний термін "чорна діра"? З його вимовою у людини асоціюється щось надзвичайно незвичайне і не дуже приємне. Поняття "чорної діри" виникло ще раніше міркувань Лапласа в 1757 році в Калькутті. Правитель Бенгалії Наваб Сірадж - Уддаулах за допомогою сили хотів вирішити спір з Британської Ост _ Індської компанією. Невеликий гарнізон не зміг протистояти 50-тисячної армії Наваба, який втратив тисячі життів за відчайдушного опору захисників форту. Що залишилися в живих чекав кошмар: приміщення 5 на 6 метрів правитель Бенгалії наказав заштовхати 146 в'язнів. За 10 годин в ніч з 20 на 21 червня, найспекотніший в Індії час 123 бранця загинули. Цю камеру, яка має два маленьких віконця, і назвали "чорна діра Калькутти". Об'єкти Всесвіту, що представляють, зокрема, одну з кінцевих стадій життя зірок, ще в 1968 році американський астрофізик Дж. Уілер і назвав "чорною дірою". Так чого ж занадто багато в небесній чорній дірі?

Сонце стане білим

Що ж змушує в природі замикатися зірку саме на себе, тобто стає ізольованим об'єктом? Причина "зникнення" тіла для зовнішнього світу полягає в прояві сил тяжіння. Цій силі, поки всередині зірки йдуть термоядерні реакції , протистоїть тиск газу і випромінювання. Але "пального" в кожній зірці обмежена кількість і настає час, коли нею вже не може відбуватися перетворення водню в гелій. І тоді зменшує тиск газу, яке відбувається із - за втрат енергії зіркою (адже вона продовжує світиться!) не в змозі протистояти силі всесвітнього тяжіння. Зірка стискається! Причому розміри об'єкта, переходить з одного стану в інше, зменшуються в сотні і тисячі разів. Все залежить від того, яка початкова маса зірки.

Якщо маса зірки, не перевищує 1,4 маси Сонця, то стиснення може зупинитися із - за того, що йому пручається гелієвий газ. Щільність речовини збільшується в мільйони разів! В одному кубічному сантиметрі такої зірки знаходиться сотні тонн речовини. І при таких густинах речовина веде вже себе по іншому! Об'єкти такого роду були названі білими карликами і відкритий вони вже давно: супутник найяскравішої зірки неба Сіріуса був навіть зафіксований неподалік від нього. Білі карлики можуть світити, остигаючи, багато мільярдів років, перетворюючись вже в холодні тіла, які можна було б назвати чорними карликами.

Сигнали "зелених чоловічків

На початку 60-х років відкриттям астрономів були розбурхані майже всі - були виявлені сигнали з космосу, які змінювалися зі строгою періодичністю. Не інакше, як якась цивілізація дає знати про своє існування. Їх так і назвали "зелені" чоловічки! Але все виявилося значно простіше - незвичайними мачками в космосі виявилися невеликі, в діаметрі близько 15 кілометрів зірки, які швидко оберталися. І маяк був пов'язаний з таким об'єктом! Що ж це за світило? Астрономи згадали, що на початку 1930-х років наш співвітчизник Л.Д.Ландау передбачив існування таких об'єктів - нейтронних зірок. Вони - то і повинні мати малі розміри з - за того, що після вичерпання зоряного "палива" теж почали стискатися, але з - за своєї маси це стиск не зупинилося, коли зірка "на мить" стала білим карликом.

Воно тривало до тих пір, поки речовина зірки стало настільки щільним, що майже дорівнювало густини атомних ядер. З цієї причини нейтронні зірки мають настільки малі маси. До речі, через змінності радіомаяків на таких зірках їх назвали пульсарами. Зараз їх виявлено кілька сотень. Наше Сонце ніколи не стане пульсаром з - за малості своєї маси. От якщо б воно було в два рази по - масивніші, тоді інша справа! Красуватися на нашому небі зовсім маленької зірки, але вже дуже гарячою.

Доля дуже огрядних зірок

А якщо зірка ще більш масивна, ну, наприклад, більш ніж у 3 рази масивніше Сонця, що тоді? Як огрядній людині важко тримати себе на ногах, так і "гладка" зірка лише до певного часу може перебувати в рівновазі. Коли кінчається внутрішній термоядерний жар у таких зірок, то вони як і білі карлики, або як нейтронні зірки починаються стискатися. Але в цьому випадку стиск вже буде катастрофічним - зірка прагне зайняти якомога менше місця в просторі!

І на якійсь стадії стиснення зірка як би зникає для зовнішнього спостерігача. Так з'являються чорні діри! Якщо б можна було стиснути Сонце до розмірів в 6 км, то воно стало б чорною дірою.

Як побачити невидимку?

Герой відомого роману Герберта Уеллса "Осовек - невидимка", щоб жити серед людей, обмотував себе марлею. Правда, тоді замість обличчя можна було побачити щось дивне, але, по крайній мірі, відчутне! Так і чорні діри - щоб їх "побачити", вони теж повинні бути чимось оповиті.

Поодинокі чорні діри дуже важко виявити, хоча на них падають міжзоряні частинки пилу і атоми газу. Але енергії вони виділяють небагато, так що їх заклики SOS занадто слабкі. Правда, надмасивні чорні діри так і виявляють, але такі об'єкти не є "родичами" зірок. В ядрах галактик такі об'єкти можуть містити усередині себе стільки речовини, з якого можна було б "зліпити" сотні мільйонів і мільярди звичайних зірок.

А де на чорну діру, яка колись була зіркою, може падати стільки речовини, що воно буде здатне "засвітити" себе? Звичайно, в тому випадку, якщо поруч є інша зірка. Космічний монстр буквально здирає з звичайної зірки частина речовини, яка зі все зростаючою швидкістю падає на чорну діру, розігріваючись при цьому до температури в мільйони градусів! Ось цей - то газ і світиться! Таким чином в нашій Галактиці відкриті кілька чорних дір. Скільки їх може бути? Відповідь на це питання залежить від того, яка доля зоряних ізгоїв. Зараз практично ніхто не знає, що буде надалі з чорними дірами. Адже в принципі все речовина у Всесвіті повинно перетворитися у білі карлики, нейтронні зірки і чорні діри. Але ми то з вами бачимо все небо в зірках. Значить, із зірковими "трупами" щось відбувається таке, що дозволяє їм перетворитися на звичайне речовина, з якого виникають нові покоління зірок. Але що саме?

Була зірка і немає її

Якщо взяти з десяток зірок і стежити за ними, то обов'язково якась з них перетвориться на чорну діру. Чому ж в результаті воістину титанічної праці протягом десятиліть у нашій Галактиці відкрито лише кілька чорних дір? Може бути картина зникнення зірки відбувається непомітно для зовнішнього світу? В тому то і справа, що перед тим, як перейти в інший світ зірка відчуває грандіозну катастрофу в своєму житті - вона вибухає, скидаючи іноді більшу частину своєї речовини. А ось з решти речовини зірки як би залишає після себе надгробний пам'ятник у вигляді чорної діри. Але ми знаємо, що спалахи зірок рідкісні. І якщо б знати, яка саме з них на небі дасть знати про свою смерть грандіозним феєрверком, то можна було б поспостерігати народження порожнього місця і в просторі і в часі. Чому діра в просторі - вже зрозуміло, а ось чому і у часі?

Згадаймо, що в рухомих системах час тече не так, як на Землі - воно сповільнюється. Чим ближче швидкість стиснення зірки до швидкості світла, тим повільніше там тече час. Воно як би завмирає, якщо зірка перетинає гравітаційний радіус. Час на чорній дірі перестає текти - чим не діра в часі! Виходить, що ми і не повинні помітити перехід зірки в небуття?

Світло від зірки буде слабшати з - за того, що речовина чорної діри як би віддаляється від нас з усе більшою швидкістю. Саме це і призведе до того, що стискається зірка зникне для світу задовго до того, як вона стане справжньою чорною дірою.

Якщо б у нас була апаратура, здатна стежити за мільйонами зірок одночасно, то виявлення зірок, які розпрощалися зі своїми побратимами, припинивши посилати їм світло, було б зроблено вже давно. Цілком можливо, що буквально днями ми і дізнаємося про відкриття такого явища. Американські вчені ввели в дію систему, за допомогою якої вони слідкують за станом зоряного неба. Мета у цієї системи досить практична - завчасне виявлення об'єктів, які можуть зіткнутися із Землею. Але вона придатна і для відкриття чорних дір!

"Чорні дірки не мають волосся"

Так охарактеризував властивості чорних дірок Дж. Уілер, маючи на увазі, що дві чорні діри було б досить важко відрізнити один від одного. З різних властивостей зоряних об'єктів залишиться тільки маса, електричний заряд і обертання. Уявіть собі посиденьки чорних дір: їм було б дуже нудно-всі вони були б на одне "особа". Уявіть собі, що два дуже відрізняються об'єкта, скажімо, Квазімодо і Нарцис падають на чорну діру. Через деякий час відрізнити їх один від одного вже буде не можна.

Чорні діри можуть відрізнятися ще й тим, що одна діра може обертатися швидше іншої, причому за 1 секунду вони можуть робити сотні тисяч обертів навколо своєї осі.

Крім того, вони можуть бути ще й по різному зарядженими. Остання властивість визначає досить екзотичне властивість чорних дір: вони можуть світитися! Але цей космічний ліхтарик буде дуже слабким.

Американські гірки поблизу чорних дір

Любителям гострих відчуттів можна буде у віддаленому майбутньому випробувати свої нерви, здійснюючи подорожі в околицях чорних дір. Іноді у фантастичних романах описується моторошна ситуація захоплення космічного апарату чорною дірою: потрапивши в поле тяжіння монстра, космічний корабель нестримно падає в "пекло". Хаос і сум'яття панують тоді серед звездоплавателей - їм неминуче доведеться бути розірваними перепадами гравітації в жахливому полі тяжіння чорної діри. Але такий опис вірно лише частково! Зореліт, який підійшов здалеку до орбіті, має радіус в два рази більше гравітаційного, обернеться навколо чорної діри, а потім знову полетить у космос, звичайно, якщо у екіпажу немає спраги самим впасти в обійми чорної діри! Він буде захоплений у полон, якщо впритул підійде до орбіті, має розміри в два гравітаційних радіусу.

Описана картина можлива з - за того, що рух небесних тіл навколо чорної діри відбувається дивним чином. З механіки Ньютона відомо, що будь-яке тіло може рухатися навколо іншого, більш масивного по дуже обмеженому числу кривих - еліпс, парабола або гіпербола. Якщо еліпс замкнута крива, то дві інші - розімкнуті. Планети рухаються навколо Сонця по еліптичних орбітах - це відомий перший закон Кеплера, встановлений ще в 1609 році. Само собою ніяке тіло Сонячної системи не може покинути меж тяжіння Сонця. І будь-яке тіло, пролітають повз Сонця, наприклад, комета, не може бути захоплена ним. Цьому об'єкту потрібно позбавитися від зайвої енергії, щоб з гіперболічної орбіти перейти на еліптичну. А це означає, що для захоплення необхідно присутність третього тіла. А навколо чорної діри рух по колу протягом тривалого часу не може бути здійснено, так як усякий рух там хитливо. Невелике збурення може "збити" тіло з орбіти, тому він або впаде на чорну діру, або покине її межі.

Майбутнє суперзброю?

Англієць Р. Пенроуз запропонував спосіб добування енергії з чорних дір. Щоправда, в такому разі чорна діра повинна бути обертається, але що у Всесвіті не обертається. Якщо космічний апарат потрапить у сферу впливу чорної діри, так звану ергосферу, в якій розташовується вихровий гравітаційне поле, то включивши там двигун, корабель вилетить з неї, володіючи більшою енергією, ніж мав раніше. Корабель наче захопить частина енергії "монстра", зменшивши тим самим її масу. На цій властивості можуть бути створені унікальні об'єкти, які були названі гравітаційними бомбами. Для створення такого унікуму треба оточити чорну діру штучної сферою і направити туди випромінювання. Воно може бути посилена чорною дірою і піти геть, але цьому заважає дзеркальна поверхня сфери. Промінь світла знову повернеться до чорної діри, після взаємодії з якої знову збільшить свою енергію і так до тих пір, поки кількість енергії виявиться настільки великим, що розірве сферу. Чим не рецепт зброї для фантастичного бойовика про боротьбу двох цивілізацій! Виготовити зараз таку бомбу неможливо, так як ми ще не вміємо створювати чорні діри і навряд чи зуміємо це зробити найближчим часом. Летіти до найближчої чорній дірі ми теж зможемо нескоро.

Подорож по часу?

З чорними дірами пов'язано подорож у часі і в просторі. Як вважає В. Д. Новіков коллапсирующее речовина, не досягаючи нульового обсягу, може почати розширюватися, і об'єкт може знову з'явитися в полі зору зовнішнього спостерігача, але вже в іншій Всесвіту. А В. С. Шкловський вважав, що після переходу через гравітаційний радіус спостерігач за короткий час побачить все майбутнє Всесвіту ! "Вискочивши" в"нову" Всесвіт мандрівник побачить всю історію нової Всесвіту. Правда, останні дослідження показують, що якщо такі переходи можливі, то лише в рідкісних випадках.

Яких тільки немає чорних дір!

Чи є межа для маси чорної діри, тобто можуть зустрічатися космічні "монстри" з масами, наприклад, в тисячі разів більшими сонячної. Ніяких обмежень для маси чорних дір немає, крім як обмежень на мінімальну масу. Астрономи вважають, що вони давним - давно "відкрили" чорні діри: джерелами активності деяких галактик можуть бути надмасивні чорні діри. Інших пояснень, чому квазари випромінюють таку величезну кількість енергії з невеликого обсягу , як виділення її при падінні навколишнього речовини, навіть може бути цілих зірок, на надмасивну чорну дірки практично немає. Навіть у центрі нашій власній Галактиці вчені підозрюють наявність величезної чорної діри.

Надмасивні чорні діри виявлені вже десятками і де їх тільки немає. Поблизу центральної частини кульового скупчення М15 нашої галактики зірки рухаються з надзвичайно великими швидкостями. Це говорить про величезній масі того компактного об'єкта, навколо якого зірки і змушені нестися з жахливими уяву швидкостями, щоб не звалитися на чорну діру.

А активність багатьох галактик ніяк не можна пояснити, не допустивши в їх центральних областях налиробітники дуже масивних чорних дір. Маси деяких з них вимірюються мільярдами мас Сонця.

Немає поблизу чорної діри?

Про чорні діри цікаво знати, але перебувати поблизу цих "монстрів Всесвіту", як їх назвав К. Торн, їх відомий дослідник, не завжди безпечно. А чи немає поблизу від Сонячної системи такого об'єкта? У цьому б не було нічого незвичайного, оскільки чорних дір в нашій Галактиці чимало. Але жодних свідчень їх близької присутності немає. Адже перед появою чорної діри має відбутися явище наднової зірки. На пам'яті людства такі спалахи зірок були помічені, але всі ці катастрофи сталися дуже далеко від Землі. Є докази того, що 65 мільйонів років тому динозаври вимерли з - за того, що неподалік від Сонця спалахнула якась зірка. Смертоносне випромінювання згубило багато чого з того, що існувало на Землі в ті часи. Але де та чорна діра, яка повинна була від неї залишитися? Не несеться вона зараз на нас?

Закінчимо нашу розповідь про чорні діри епізодом з тієї ж книги про Алісу, яка просить Кота "зникати і з'являтися не так раптово", оскільки у неї інакше крутиться голова. І тоді Кіт зник, але дуже повільно, причому останньою зникла усмішка. "Вона довго витала в повітрі, коли все інше вже пропало.

- Д-да! - подумала Аліса. - Бачила я котів без посмішок, але посмішка без Кота! Такого я в житті ще не зустрічала".

Володимир Карташов