Путешествие в космос - Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых

Черные дыры

Однако даже в случае сверхновой типа 2 неизбежности образования нейтронной звезды не существует.

В 1939 г., когда Оппенгеймер разрабатывал теоретические обоснования нейтронной звезды, он изучал возможные последствия увеличения массы звезды. Вполне естественно, с увеличением массы вырастает и сила гравитационного поля.

Когда масса становится в 3,2 раза больше массы Солнца, гравитационное поле становится настолько сильным, что даже нейтроны, находящиеся в контакте друг с другом, не в состоянии выдерживать сжатие, создаваемое этим полем. Нейтроны коллапсируют, нейтронная звезда сжимается и постепенно становится все плотнее, а это значит, что гравитационное поле вблизи крошечной звезды становится еще сильнее, а ее сжатие еще быстрее.

Коль скоро нейтроны начали коллапсировать, в природе нет силы, способной остановить это сжатие. Так считал в свое время Оппенгеймер, и так считают ученые и в наши дни. Единственный вывод, к которому можно здесь прийти, — сжатие продолжается беспредельно, приближая звезду к нулевому объему и бесконечной плотности.

Это не значит, что мы просто имеем дело с нейтронной звездой, которая становится все плотнее и меньше. По мере продолжения сжатия здесь происходит важная перемена.

Чтоб уяснить природу этой перемены, представим себе объект, брошенный вверх от поверхности Земли. Объект движется вверх, а гравитационное поле Земли упорно тянет его вниз. В результате его направленная вверх скорость постепенно замедляется. Наконец объект застывает неподвижно и в следующее мгновение начинает падать.

Если бы гравитационное поле Земли было одинаково сильно на всем удалении от ее поверхности, это все равно бы случилось, какой бы большой ни была направленная от Земли начальная скорость. В конце концов после 100 м или 100 км или 100 000 км скорость была бы сведена к нулю, после чего наш объект начал бы падать и возвратился на Землю.

Однако гравитационное поле Земли неодинаково сильно на всем протяжении от Земли, оно ослабевает пропорционально квадрату расстояния от ее центра.

На поверхности Земли объект находится на расстоянии 6370 км от центра. На высоте 6370 км над земной поверхностью расстояние от центра удваивается, а сила земного притяжения уменьшается на одну четверть против того, каким оно было на Земле. С увеличением высоты оно продолжает уменьшаться по этому закону. На расстоянии до Луны сила земной гравитации равна всего лишь 1/3,5.

Если запустить объект вверх с достаточной скоростью, он может, так сказать, обогнать земное притяжение. Это притяжение будет стремиться пригнуть его вниз и замедлить его движение, но гравитация по мере продвижения его вверх будет слабеть так быстро, что постоянно уменьшающееся притяжение не успеет свести к нулю скорость удаляющегося объекта. Тогда наш объект может выскользнуть из гравитационного поля Земли и, избавившись от земного тяготения, бесконечно блуждать во Вселенной.

Не исключено, конечно, что он может попасть в тиски другого, более массивного объекта, чем Земля, например Солнца, либо, встретив другое тело, столкнуться с ним или выйти на орбиту вокруг него.

Минимальная скорость, при которой движущийся объект способен вырваться с поверхности из гравитационного поля Земли, есть скорость ускользания. Для Земли такая скорость 11,2 км/с.

Более массивный объект, имеющий и более сильное гравитационное поле, потребует, естественно, на своей поверхности и большей скорости ускользания. Для Юпитера, например, эта величина составляет 80,5 км/с, для Солнца — 617 км/с.

Если звезда сжимается, гравитационное поле на ее поверхности становится все сильнее по мере приближения поверхности к центру, хотя общая масса звезды при этом может не меняться. Так Сириус В, первый белый карлик, исследованный учеными, обладает массой, примерно равной массе Солнца, но его поверхность гораздо ближе к центру, чем солнечная.

В результате поверхностная гравитация Сириуса В намного сильнее, чем у Солнца, и его скорость ускользания около 4900 км/с.

Чем выше скорость ускользания с астрономического тела, тем труднее вырваться из его плена и тем меньше вероятность, что кто-нибудь или что-нибудь сможет в действительности это сделать.

За последнюю четверть века наши ракеты достигли скоростей, дающих возможность вырваться за пределы земного притяжения, но если бы поверхностное притяжение нашей планеты каким-то образом выросло до притяжения Юпитера (не затрагивая нас лично), то всего нашего технологического арсенала оказалось бы недостаточно, чтобы послать ракету во внеземное пространство.

Нейтронная звезда с массой Солнца имела бы скорость ускользания порядка 200 000 км/с. В таких условиях, чтобы как-то оторваться от поверхности такого объекта, не хватило бы не только современной земной технологии, но и никогда бы и ничего бы не хватило. Единственными объектами, движущимися достаточно быстро, чтобы оторваться от поверхности нейтронной звезды, явились бы частицы очень больших энергий с низкой массой или же частицы, вообще не имеющие массы.

Смогли бы выскочить только электроны высокой энергии, а также нейтрино или фотоны, образующие свет и другое излучение.

При сжатии нейтронной звезды интенсивность гравитации продолжает расти беспредельно и скорость ускользания становится все выше и выше. В какой-то момент эта скорость достигнет значения 300 000 км/с. А это уже скорость света в вакууме, и, как доказал Альберт Эйнштейн (1880–1955) в 1905 г., максимально мыслимая скорость. Ничто, обладающее массой, не может достичь этой скорости, и даже частицы, не имеющие массы, двигаясь с этой скоростью, не могут ее превысить.

Это значит, что, когда коллапсирующая нейтронная звезда достигает этой стадии, ничто не может от нее уйти (за исключением очень редких случаев, которых мы здесь не будем касаться). Все, что ни попадает на нее, как бы падает в бесконечно глубокую шахту, из которой никогда ничему не суждено подняться. Даже свет не может вырваться оттуда. Американский физик Джон Уиллер (р. 1911), описывая это явление, назвал его черной дырой, и название это сразу же привилось.

Итак, если сжимающееся ядро сверхновой имеет массу в 3,2 раза больше нашего Солнца, оно проскакивает фазы белого карлика и нейтронной звезды и кончает как черная дыра.

Таким образом, сверхновые типа 2, часто превращаясь в нейтронную звезду, не менее часто оказываются и черной дырой. Поэтому нейтронные звезды происходят только от одного типа сверхновых, да и то не всегда, и мы не должны удивляться, что пульсаров на поверку оказывается меньше, чем можно было бы ожидать, судя по числу сверхновых.

Между нейтронными звездами и черными дырами существует серьезное практическое различие: черную дыру почти невозможно обнаружить.

Мы можем легко обнаружить нейтронную звезду по струе радиации, которую она излучает. Но черная дыра не излучает ничего, даже радиации. Обычная техника, применяемая для обнаружения других астрономических объектов, не срабатывает, когда речь идет о черных дырах.

Отдельная черная дыра может быть обнаружена, если только она очень массивна, или очень близка, или то и другое вместе, чтобы как-то влиять на нас в гравитационном отношении. Теоретически в Галактике могут существовать миллионы черных дыр, каждая с массой обычной звезды, но мы будем спокойно оставаться в неведении относительно этого факта.

И все-таки это положение не безнадежно. По-настоящему черная дыра никогда не бывает полностью изолирована. В окрестностях ее всегда имеется вещество, даже если это всего лишь тонкие ниточки атомов или космическая пыль, существующие в межзвездном пространстве.

Вещество, приближающееся к черной дыре, пусть даже это случайная частица, может быть втянуто в расположенный вокруг нее аккреционный диск.

Понемногу, очень постепенно это вещество будет спиралью опадать на черную дыру, излучая синхротронную радиацию в виде рентгеновских лучей.

Рентгеновские лучи, излучаемые черной дырой, окруженной одним лишь межзвездным веществом, настолько слабы, что их едва ли можно было бы обнаружить, если бы они вообще поддавались обнаружению, и они не дали бы никакой ценной информации.

Предположим, однако, что черная дыра находится вблизи крупного источника вещества и большие массы вещества постоянно накручиваются на нее, посылая интенсивное рентгеновское излучение. Это могло быть в том случае, если бы речь шла о тесной двойной системе, т. е. о ситуации, при которой могли бы появляться новые или даже сверхновые типа 1, будь один из партнеров белым карликом.

Разумеется, если б один из партнеров был черной дырой, ни о каком взрыве не могло быть и речи. Черная дыра только становилась бы все тяжелее по мере поглощения ею вещества компаньона, ведь никаких верхних пределов для ее массы не существует. Но пока бы росла черная дыра, из выпадающего на нее вещества постоянно бы излучались рентгеновские лучи, излучались бы из той точки неба, где, кроме них, ничего нельзя увидеть.

Именно поэтому астрономы очень заинтересовались источниками рентгеновского излучения.

В 1971 г. предназначенный для обнаружения рентгеновских лучей спутник «Ухуру» (запущенный из Кении) показал, что сильный рентгеноисточник в созвездии Лебедь изменяется нерегулярно. По этой причине следовало вычеркнуть его из числа нейтронных звезд и предположить возможность черной дыры. Этому источнику уделили максимум внимания, и вскоре было обнаружено и точнейшим образом зафиксировано микроволновое излучение.

Источник его находился в непосредственной близости к видимой звезде, значившейся в каталоге как HD-226868. Это очень крупная горячая голубоватая звезда, в 30 раз массивнее нашего Солнца. При ближайшем изучении она оказалась двойной звездой, кружащей по орбите с периодом 5,6 сут. Судя по характеру этой орбиты, другой член пары должен был быть в пять — восемь раз тяжелее Солнца.

Однако звезда-компаньон остается невидимой, хотя это весьма сильный источник рентгеновского излучения. Если ее невозможно увидеть, значит, она должна быть очень маленькой. И так как она слишком массивна, чтобы быть белым карликом или нейтронной звездой, то напрашивается вывод: невидимая звезда — это черная дыра.

Кроме того, похоже, что HD-226868 расширяется и ведет себя так, как будто вступает в стадию красного гиганта. Поэтому вполне вероятно, что ее вещество переплескивается на ее компаньона — черную дыру и вокруг черной дыры есть диск аккреции, который и генерирует рентгеновские лучи.

Если допустить, что компаньон звезды HD-226868 является черной дырой (а доказательства тому все еще косвенные), тогда вне всякого сомнения это след какой-то древней сверхновой.

<<<Назад Страница 23 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz