Наблюдение за черными дырами

Из-за странных свойств черных дыр их существование еще в 1990-е
годы считалось научной фантастикой. «Если бы 10 лет назад вам
довелось обнаружить объект, который вы посчитали бы черной ды-
рой в центре галактики, то половина ученого мира решила бы, что
вы немножко сбрендили», — заметил астроном Дуглас Ричстоун
из Мичиганского университета в 1998 году. С тех пор астрономы
обнаружили в открытом космосе несколько сот черных дыр при по-
мощи космического телескопа Хаббла, Космической рентгеновской
обсерватории «Чандра» (измеряющей рентгеновское излучение
мощных звездных и галактических источников), а также радио-
телескопом в Нью-Мехико — «Очень большой решеткой» (Very
Large Array — VLA), состоящей из серии мощных антенн. Многие
астрономы считают, что, по сути, в центре большинства космических
галактик (которые имеют утолщение, или балдж, в центре своих дис-
ков) находятся черные дыры.

Как и предвиделось, все обнаруженные в космосе черные дыры
стремительно вращаются; некоторые вращаются со скоростью око-

ло 1,6 млн км/ч, как было вычислено при помощи космического теле-
скопа Хаббла. В самом центре можно наблюдать плоское округлое
ядро, размеры которого зачастую составляют около светового года в
поперечнике. Внутри этого ядра находится горизонт событий и сама
черная дыра.

Поскольку черные дыры невидимы, для их обнаружения астро-
номы вынуждены пользоваться методами непрямого наблюдения.
На фотографиях они пытаются найти «аккреционный диск» вра-
щающегося газа, окружающего черную дыру. Сегодня астрономы
собрали коллекцию прекрасных фотографий аккреционных дисков.
(Такие диски обнаружены почти везде у наиболее стремительно вра-
щающихся объектов во Вселенной. Даже у нашего Солнца наверняка
был такой диск, когда оно возникло 4,5 млрд лет назад, но он сконден-
сировался, образовав планеты. Причиной образования таких дисков
является то, что они представляют состояние наименьшей энергии
для таких стремительно вращающихся объектов.) Применяя законы
движения Ньютона, астрономы могут вычислять массу центрально-
го объекта, зная скорость звезд, вращающихся вокруг него. Если мас-
са центрального объекта настолько велика, что скорость «убегания»
для этого объекта равняется скорости света, то даже сам свет не мо-
жет «убежать», предоставляя тем самым косвенное доказательство
существования черной дыры.

«Горизонт событий» находится в самом центре аккреционного
диска (к сожалению, он слишком мал, чтобы заметить его при помо-
щи современных приборов. Астроном Фульвио Мелиа утверждает,
что заснять на пленку «горизонт событий» для науки о черных ды-
рах — все равно что найти Святой Грааль). Не весь газ, двигающийся
по направлению к черной дыре, проходит «горизонт событий».
Часть его проходит мимо «горизонта событий» и с огромной ско-
ростью выбрасывается в космос, образуя две длинные газовые струи,
извергающиеся из южного и северного полюсов черной дыры. Это
делает черную дыру похожей на вертящийся волчок. (Причина, по
которой струи газа извергаются именно таким образом, возможно,
состоит в том, что линии магнитного поля коллапсирующей звезды,
по мере того как поле становится все более напряженным, концен-
трируются над северным и южным полюсами. По мере того как звез-
да продолжает сжиматься, эти магнитные линии конденсируются в

два пучка, исходящие из северного и южного полюсов. Когда иони-
зированные частицы падают в коллапсирующую звезду, они следуют
по силовым линиям и извергаются как струи через магнитные поля
южного и северного полюсов.)

Пока обнаружено два типа черных дыр. Первый тип — черные
дыры звездных масштабов. При образовании таких дыр гравитация
разрушает умирающую звезду и та взрывается вовнутрь. Черные
дыры второго типа обнаружить намного легче. У них галактические
масштабы, они таятся в самом центре огромных галактик и квазаров,
и их масса составляет от миллионов до миллиардов солнечных масс.

Недавно было окончательно установлено существование чер-
ной дыры в центре нашей Галактики Млечный Путь. К несчастью,
пылевые облака закрывают от нас центр галактики; если бы не они,
то каждую ночь с Земли мы бы наблюдали огромный огненный шар
в созвездии Стрельца. Если бы не было этой пыли, то центр нашей
Галактики Млечный Путь наверняка затмил бы Луну и был бы самым
ярким объектом ночного неба. В самом центре этого галактического
ядра находится черная дыра массой примерно в 2,5 млн солнечных
масс. Что касается ее радиуса, то он составляет около 0,1 радиуса
орбиты Меркурия. По галактическим меркам это не самая массив-
ная черная дыра; в квазарах могут быть черные дыры в несколько
миллиардов солнечных масс. Черная дыра на нашем «заднем дворе»
в настоящее время довольно статична.

Следующая по близости к нам галактическая черная дыра нахо-
дится в центре галактики Андромеды, самой близкой к Земле галак-
тики. Эта черная дыра составляет 30 миллионов солнечных масс, а
ее радиус Шварцшильда — около 96 млн км. (В центре галактики
Андромеды находятся, по меньшей мере, два массивных объекта,
видимо представляющие собой остатки прежней галактики, погло-
щенной галактикой Андромеды миллиарды лет назад. Если Галактика
Млечный Путь в конце концов через миллиарды лет столкнется с
галактикой Андромеды, что представляется весьма вероятным, то,
возможно, наша Галактика закончит свой «жизненный» путь в «же-
лудке» галактики Андромеды.)

Одной из самых восхитительных фотографий галактической
черной дыры является фотография галактики NGC 4261, сделанная
при помощи космического телескопа Хаббла. На прежних фотогра-

фиях этой галактики, полученных при помощи радиотелескопа, ясно
видно, как две струи грациозно извергаются из северного и южного
полюсов галактики, но никто не знал, что приводит этот механизм
в действие. Телескоп Хаббла сфотографировал самый центр этой
галактики, продемонстрировав нам прекрасно различимый диск
размером около 400 световых лет в поперечнике. В самом его центре
находится крошечная точка, содержащая в себе аккреционный диск
размером около светового года в диаметре. Черная дыра в его центре,
которую нельзя наблюдать при помощи телескопа Хаббла, весит при-
близительно 1,2 млрд солнечных масс.

Галактические черные дыры, подобные этой, так энергетиче-
ски мощны, что могут поглощать целые звезды. В 2004 г. НАСА и
Европейское Космическое Агентство заявили, что стали свидетеля-
ми того, как огромная черная дыра в далекой галактике одним махом
«проглотила» звезду. Космическая рентгеновская обсерватория
«Чандра» и европейский спутник «ХММ-Ньютон» наблюдали
одно и то же событие: вспышку рентгеновских лучей, испускаемую
галактикой RXJ1242-11, это говорило о том, что черная дыра в цен-
тре галактики поглотила звезду. Масса этой черной дыры оценива-
ется в 100 миллионов солнечных масс. Расчеты показали, что, когда
звезда подходит опасно близко к «горизонту событий», невероят-
ная сила гравитации деформирует и растягивает звезду настолько,
что та разрывается на части, испуская обнаруживающую ее вспышку
рентгеновских лучей. «Эту звезду растянуло больше, чем допускал
предел ее прочности. Несчастная звезда просто забрела не в те
окрестности», — заметила астроном Стефани Комосса из институ-
та Макса Планка в Гархинге (Германия).

Факт существования черных дыр помог решить массу давних
загадок. Например, галактика М87 всегда была для астрономов ди-
ковиной, поскольку выглядела как массивный шар из звезд, из кото-
рого выглядывал странный «хвост». Поскольку этот шар испускал
сильное излучение, в какой-то момент астрономы посчитали, что
это представляет собой струю антивещества. Но сегодня астрономы
обнаружили, что существование хвоста обусловлено огромной чер-
ной дырой, массой, возможно, 3 миллиарда солнечных масс. А этот
странный хвост сегодня считается гигантской струей плазмы, не
устремленной внутрь галактики, а вылетающей из нее.

Одно из наиболее впечатляющих открытий в области черных
дыр произошло в тот момент, когда Космическая рентгеновская
обсерватория «Чандра» сквозь небольшой прорыв в пылевых об-'
лаках смогла увидеть открытый космос и наблюдать там скопление
черных дыр на границе видимой Вселенной. Было зафиксировано
600 черных дыр. Исходя из этого наблюдения, астрономы предпо-
лагают, что на небе существует, по меньшей мере, 300 миллионов
черных дыр.