Олег Фейгин - Взрыв мироздания
А теперь давайте представим себе, что же увидит экспедиция, рискнувшая исследовать коллапсар. Поскольку почти все модели – и классические, и инновационные – предсказывают невозвратность погружения в пучины застывшей звезды, то в центр коллапсара мы отправим автоматический исследовательский зонд. До границы сферы Шварцшильда ничего необычного не происходит, вот только датчики радиации начинают показывать возрастание потоков различных элементарных частиц и электромагнитного излучения. Природа источников излучения раскрывается в непосредственной близости к поверхности Шварцшильда.
Оказывается, что здесь происходит своеобразное «расщепление» физического вакуума. Дело в том, что вакуум в действительности не является школьной «торричеллиевой пустотой», а представляет собой кипящее море виртуальных частиц. Виртуальные (кажущиеся или мнимые) частицы живут настолько краткие мгновения, что их не может зафиксировать никакая сверхчувствительная аппаратура. Однако за невообразимо малое время своего существования виртуальные частицы успевают повлиять на поведение обыкновенных элементарных частиц. Заряженные частицы они окутывают своеобразной «шубой», как говорят физики, «поляризуя вакуум».
Виртуальные частицы рождаются парами частица-античастица, например, электрон-позитрон, это и позволяет обмануть физику с ее законами сохранения, поскольку от момента рождения до акта аннигиляции природа просто не успевает почувствовать столь вопиющего нарушения ее принципов построения. В особых условиях гравитационной сферы коллапсара виртуальные пары разделяются на компоненты, при этом тут же включаются законы сохранения – и виртуальные частицы превращаются в обычные. Это, конечно, касается только тех пар, которые попадают строго под разделяющее «лезвие» поверхности Шварцшильда, так что одна частица безвозвратно поглощается черной дырой, а вторая обретает свободу и покидает окрестности застывшей звезды.
Все, что касается микромира виртуальных частиц, относится к квантовой физике, но не менее интересные эффекты предсказывает и общая теория относительности. Так, при пересечении горизонта событий все приборы будут пребывать в невесомости, фиксируя только необычные радиационные эффекты, поскольку все вокруг окажется в свободном падении вместе с ними. Правда, впереди электронного разведчика ждут ужасные приливные силы, вызванные перепадом сил притяжения между носом зонда и его кормой. Их возрастающая величина настолько велика, что скрутит и разорвет любые конструкции из самых сверхпрочных материалов. Вот так может закончить свое существование исследовательский зонд, положив свою электронную жизнь на алтарь науки. Однако осознать происходящее сможет только сторонний наблюдатель, и для него процесс падения зонда растянется на столетия, а в конце концов фактически остановится. Это связано с эффектом относительного замедления времени в рамках общей теории относительности, где ход часов напрямую зависит от силы гравитации.
Потери энергии в системе двойной звезды приводят к постепенному сближению звезд и уменьшению периода их обращения вокруг общего центра масс. Именно такое уменьшение периода и удалось зафиксировать астрономам в точном согласии с предсказаниями теории Эйнштейна.
Очень интересны в этом отношении пока еще гипотетические системы, состоящие из обычной и сколлапсировавшей звезд. Ведь при движении вокруг черной дыры будет происходить излучение гравитационных волн и постепенное уменьшение радиуса орбиты. Так будет продолжаться, пока дистанция между замерзшей звездой и ее спутником не сократится до радиуса критической орбиты, на которой движение звезды станет неустойчивым, и после нескольких оборотов вокруг коллапсара она исчезнет за его горизонтом.
Итак, при релятивистском коллапсе сколь угодно сложного не вращающегося тела, окруженного электрическим, магнитным и другими полями, возникает черная дыра со свойствами, полностью характеризуемыми всего двумя параметрами: массой, от которой зависит сила внешнего гравитационного поля, и электрическим зарядом, создающим электрическое поле.
Все другие отличительные особенности материи, которая образовала черную дыру, как бы исчезают, об этом в форме полушутливого афоризма высказался известный космолог Ричард Прайс: «Все, что может излучиться, – излучается».
Никакие измерения или опыты над черной дырой не помогут ответить на вопрос, возникла ли она, например, из вещества или антивещества, обладало ли вещество магнитным полем и т. д. Физики-теоретики предсказывают, что все однотипные черные дыры равной массы практически неразличимы и, как заметил знакомый нам американский астрофизик Джон Уилер, «черные дыры не имеют волос».
Очень интересна и полна парадоксов физика вращающихся коллапсаров. Согласно общей теории относительности вокруг вращающихся тел возникает своеобразное вихревое гравитационное поле, увлекающее за собой все тела в круговое движение.
Дело происходит таким образом, как будто слои пространства медленно вращаются вокруг такого тела, причем скорость их вращения нарастает с приближением к вращающемуся телу. Для обычных небесных тел эти эффекты ничтожно малы и экспериментально еще не обнаружены.
Как часто встречаются эти экзотические физические объекты в нашей реальности?
Астрофизики еще не пришли к единому мнению, хотя существуют гипотезы о том, что земную поверхность посещали микроколлапсары. В частности, со взрывом микроскопической черной дыры некоторые ученые связывают удивительнейшую историю Тунгусского метеорита. Правда, в этом случае где-то в районе Австралии должен был бы находиться кратер выхода этого уникального объекта, но ничего подобного этому еще не обнаружено.
С черными дырами связаны, пожалуй, одни из самых ярких катастрофических процессов в Метагалактике, когда в провалах гравитационных коллапсаров исчезает вещество звезд и планет. Движение какого-либо тела вокруг застывшей звезды по круговой орбите неустойчиво, и малейший импульс заставят это тело либо упасть в черную дыру, либо улететь в пространство. Таким образом, у черной дыры существуют самые широкие возможности для гравитационного захвата тел, прилетающих из космоса (см. цветную вклейку).
Наблюдая мощные вспышки рентгеновского излучения, приходящие из центров галактик, астрофизики сопоставляют им захват звезд сверхмассивными коллапсарами – квазарами. Открытие подобных уникальных процессов, по мнению теоретиков, подтверждает основные принципы эволюции коллапсаров, а также проясняет механизмы их влияния на звезды и межзвездное газовое вещество. Во всяком случае, существует устоявшееся мнение, что в центре галактик находятся массивные черные дыры, непрерывно поглощающие звездное вещество и галактические туманности. Это служит источником мощных потоков рентгеновских квантов, воспринимаемых земными и космическими рентгеновскими телескопами.
Астрономы пришли к заключению, что черные дыры не рождаются огромными, а постепенно растут за счет газа и звезд галактик. Данные показывают, что гигантские черные дыры не предшествовали рождению галактик, а эволюционировали вместе с ними, поглощая определенный процент массы звезд и газа центральной области галактики. Это означает, что в меньших галактиках черные дыры менее массивны, их массы составляют не многим более нескольких миллионов солнечных масс. Черные дыры в центрах гигантских галактик включают в себя миллиарды солнечных масс. Все дело в том, что окончательная масса черной дыры формируется в процессе формирования галактики. В некоторых случаях дыры увеличиваются не только за счет поглощения газа отдельной галактики, но и путем слияния галактик, в результате чего их черные дыры объединяются.
В самом центре Млечного Пути располагается ядро нашей галактики – таинственный объект Стрелец А* (произносится «Стрелец А со звездочкой»). Астрономы считают, что это главный кандидат на роль черной дыры массой около 4 млн солнечных масс. И вот, если в ее сферу поглощения попадет звезда, то рентгеновское излучение окажется в десятки тысяч раз более сильным, чем регистрируемое в иных галактиках. Ведь перед исчезновением в черном зеве коллапсара звезда может разогреться до сотен миллионов градусов. При этом высвобождается энергия, сравнимая с катаклизмом при вспышке сверхновой звезды.
Рентгеновское излучение Стрельца А* слабее, чем то, что обнаружено в ядрах других галактик. Возможно, это связано с тем, что падение вещества осуществляется неинтенсивно, но когда оно происходит, фиксируется вспышка рентгеновского излучения. Один раз яркость объекта Стрелец А* увеличилась буквально за минуты – подобное невозможно для крупного образования. Значит, этот объект компактный и им скорее всего является застывшая звезда коллапсара.
