Александр Викторович Волков - 100 великих загадок астрономии
Подобные исследования порождают у ученых все новые вопросы. Они удивляются, например, тому, что в окрестности черной дыры обнаружены молодые звезды. Как они появились здесь? Несомненно, что они не могли сформироваться там, где сейчас находятся. Действие приливных сил, создаваемых черной дырой, так велико, что нарождающиеся звезды были бы сразу разорваны ими. С другой стороны, эти звезды слишком молоды, а потому у них было мало времени, чтобы перебраться в эту часть Галактики издалека. Итак, они не могли ни родиться здесь, ни перекочевать сюда. Откуда же они взялись?
Кроме того, в ноябре 2004 года астрономы пришли к выводу, что центральная черная дыра в нашей Галактике, по всей видимости, вовсе не одинока. Как оказалось, среди группы звезд GCIRS 13E, расположенной на расстоянии всего трех световых лет от Sgr A*, похоже, скрывается еще один гравитационный монстр – черная дыра, которая весит примерно в 1300 раз больше, чем Солнце. Ее судьба пока не ясна ученым. Возможно, со временем она сольется с черной дырой, лежащей в центре Галактики. А может быть, попытается убежать от нее? Или они будут двигаться и впредь параллельным курсом?
Но вернемся к главной бездне нашей Галактики. Миллионы звезд могли бы выпорхнуть из этой космической темницы, если бы та рухнула, но она все пополняется новыми узниками Стрельца А*. Перед тем, как исчезнуть, обреченные звезды и клубы газа и пыли на какое-то время попадают в «камеру смертников» – скапливаются в так называемом аккреционном диске, расположенном вокруг экватора черной дыры. Этот диск напоминает кольцо, окружающее планету Сатурн, – только он очень разогрет по сравнению с ним. Кроме того, динамика процессов, протекающих в окрестностях черной дыры, так сложна, что часть вещества, приблизившегося к ней, все же ускользает из этой ловушки – выбрасывается в виде двух мощных струй (джетов). Так, звезды, как ни сбиваются они в стайки в преддверии черной дыры, редко проскальзывают туда. В иных галактиках струи вещества, выброшенного в стороны от центральной черной дыры, вообще тянутся через всю галактику.
Сама черная дыра Sgr A* так же безостановочно кружится, как и ее жертвы, исполняя свой Todestanz – свою «пляску смерти». Вообще же, эта «хищница», пребывающая в центре нашей Галактики, на своем царственном месте, ведет себя на удивление спокойно – она, словно лев или пантера, почивает после удачной охоты. Многие исследователи полагают, что в далеком прошлом эта черная дыра проявляла куда большую активность, нежели теперь.
Возможно, она скоро пробудится и начнет глотать звезду за звездой, пополняя запас сил. Галактика в таком случае кажется подобием джунглей или саванны, где притаившийся зверь – этакая «черная пантера космоса» – иногда бросается на стаю зазевавшихся звезд, душит одну, другую, пожирает, а потом вновь прячется среди ветвей, по которым клочьями тумана свешивается межзвездный газ, мешая заметить «хищницу». «Быть может, нечто подобное происходит каждые десять тысяч лет, – полагает немецкий астроном Андреас Эккарт. – Такое яркое зрелище – это поистине что-то незабываемое». От одного лишь гравитационного «удара» бедные звезды рассыпаются, и их истерзанные тела – эти клубы растекшегося газа – будут всасываться черной дырой, словно тельца устриц. Во время подобной трапезы будущие поколения астрономов поведут наблюдения за ней в инфракрасном, радио– и рентгеновском диапазонах – в них агония жертв отразится во всей своей красочной жути и прелести, словно бог смертоликий Танатос рождается в эти мгновения среди мрака черной дыры, сияя всеми бликами и переливами космической смерти.
Какое счастье, что нам не суждено жить в центре Галактики! В звездной империи, как в людской истории: «Если выпало в Империи родиться, лучше жить в глухой провинции у моря» (Иосиф Бродский) – там, куда не долетит ликующий, смертоносный свет, куда не простирается мрак царственного существования.
В поисках черных дыр средних размеров
В глубинах космоса скрываются «могильные поля» прошлого. Это – черные дыры. Долгое время их принято было делить на два класса.
Одни образовались на месте взорвавшихся звезд. Их масса составляет, по расчетам ученых, от 3 до 100 солнечных масс, а диаметр – от 20 до 600 километров. В каждой крупной галактике подобные объекты исчисляются миллионами. Как правило, за ними невозможно наблюдать с помощью приборов, которыми располагают современные астрономы, – ведь эти черные дыры не поглощают громадные облака газа. Чаще всего они потихоньку добывают себе пропитание у ближайшей звезды, пожирая ее, словно пауки, которые, к слову, как и эти черные дыры, прячась от чужих глаз, поедают добычу, угодившую к ним в сети. Астрономам известно много звездных пар, где один из объектов – черная дыра, которая постепенно губит свою соседку-звезду.
Другие черные дыры – это, наоборот, невероятные исполины. Они, словно громадный костяк, стягивающий воедино рыхлое тело галактики, покоятся в глубине каждой. Их масса – от миллиона до 10 миллиардов солнечных масс. В поперечнике они могут достигать от 5 до 60 000 миллионов километров. Их присутствие можно обнаружить, наблюдая за движением звезд и газовых облаков, расположенных в их окрестностях. Если какая-либо звезда окажется в непосредственной близости от этого гравитационного монстра, то мощные приливные силы буквально разорвут ее на части. Ее остатки, перемещаясь по спирали, рано или поздно низвергнутся в недра черной дыры.
Но что разделяет эти два класса черных дыр? Что располагается между ними в когорте «гравитационных ловушек»?
С точки зрения теоретиков, должны были существовать и черные дыры средних размеров. Их масса составляет от 100 до миллиона солнечных масс, а диаметр – от 6000 до 600 тысяч километров. Само присутствие в галактиках сверхмассивных черных дыр давало надежду на то, что подобные средневесы есть (или хотя бы имелись в прошлом). Ведь не были же эти исполины изначально такими огромными!
Но где искать черные дыры средних размеров? Когда они могли существовать? И сохранились ли они еще и теперь, в современных нам галактиках? Лишь в последние годы удалось доказать, что эти черные дыры – не выдумка ученых, а реальность.
В современной Вселенной редко встречаются черные дыры средних размеров
Согласно компьютерным моделям, подобные объекты чаще всего зарождались в молодых галактиках, на заре существования нашей Вселенной. Ведь через 1–2 миллиарда лет после Большого взрыва было множество очень массивных звезд, которые жили очень недолго. После их скорого коллапса возникали черные дыры, весившие зачастую в несколько десятков раз больше, чем Солнце. В плотных звездных скоплениях они могли поглощать огромное количество газа. Кроме того, они нередко сталкивались со звездами или другими черными дырами – и потому росли, росли. «Победители получали всё».
По другой гипотезе, важную роль играло появление парных систем, состоявших из двух черных дыр. Ведь во Вселенной существует множество звездных пар. После того, как обе звезды пережили коллапс, возникала система, состоявшая из двух расположенных рядом черных дыр. Рано или поздно они сливались друг с другом. Как полагают астрофизики, во время этих коллизий излучались гравитационные волны. Их пытаются обнаружить сейчас с помощью самых современных детекторов. Возможно, именно эти события вызывают кратковременные вспышки гамма-излучения в отдаленных частях Вселенной, за миллиарды световых лет от Земли.
Итак, черные дыры средних размеров не возникают мгновенно, при коллапсе какой-либо звезды. Они разрастаются постепенно. Точно так же формировались галактики – по иерархическому принципу. Звездные скопления объединялись, образовывали карликовые галактики. При их слиянии возникали спиральные галактики; наконец, формировались громадные эллиптические галактики. Одновременно соединялись и увеличивались в размерах черные дыры, располагавшиеся внутри этих скоплений и галактик. Это объясняет, например, почему масса громадных черных дыр пропорциональна светимости их родных галактик. Если эта теория верна, то не удивительно, что в современной Вселенной так редко встречаются черные дыры средних размеров. Большинство из них давно поглощено их громадными наследницами. Однако в молодых галактиках, по-видимому, продолжается формирование черных дыр-средневесов.
Обнаружить их можно так же, как и другие черные дыры, – по особенностям движения звезд и газопылевых облаков, их окружающих. Динамика звезд – надежный индикатор их присутствия. Впрочем, на больших расстояниях, – а молодые галактики, как правило, находятся очень далеко от Земли, – за ними трудно вести наблюдение. Поэтому астрономы уделяют большое внимание мощным рентгеновским вспышкам, которые выдают присутствие черных дыр. Мощность этих необычайно ярких вспышек составляет порядка 1032 ватт в секунду.
