Черные и белые дыры: Страница 2

Оглавление статей
Черные и белые дыры
Страница 2
Страница 3
Страница 4
Страница 5

Страница 2 из 5

 

 

 

Таким образом, идея гравитационного коллапса завладела умами ученых самых различных специальностей и вызвала лавину блестящих работ, посвященных этой проблеме. Сегодня, спустя более десяти лет, ученые уже разобрались в некоторых аспектах данной проблемы и увидели слабые места и недостатки ранних теорий, выводы из которых были в высшей степени гипотетичны.

Каковы же физические свойства «черных дыр» и как ученые предполагают обнаружить эти объекты? В самом деле, где следует искать столь необычные «штучки»? Многие ученые раздумывали над этими вопросами; получены кое-какие ответы, которые способны помочь в поисках таких объектов.

Само название — черные дыры — говорит о том, что это класс объектов, которые нельзя увидеть. Их гравитационное поле настолько сильно, что если бы каким-то путем удалось оказаться вблизи черной дыры и направить в сторону от ее поверхности луч самого мощного прожектора, то увидеть этот прожектор было бы нельзя даже с расстояния, не превышающего расстояние от Земли до Солнца. Действительно, даже если бы мы смогли сконцентрировать весь свет Солнца в этом мощном прожекторе, мы не увидели бы его, так как свет не смог бы преодолеть воздействие на него гравитационного поля черной дыры и покинуть ее поверхность. Именно поэтому такая поверхность называется абсолютным’ горизонтом событий. Она представляет собой   границу черной дыры.

Ученые отмечают, что эти необычные объекты нелегко понять, оставаясь в рамках законов тяготения Ньютона. Вблизи поверхности черной дыры гравитация столь сильна, что привычные ньютоновские законы перестают здесь действовать. Их следует заменить; законами общей теории относительности Эйнштейна. Очень интересно проследить, как проявляются эти новые законы.

Согласно одному из трех следствий теории Эйнштейна, покидая массивное тело, свет должен испытывать красябе смещение, так как он теряет энергию на преодоление гравитационного поля звезды. Излучение, приходящее от плотной звезды, подобной белому карлику — спутнику Сириуса А, — лишь слегка смещается в красную область спектра. Чем плотнее звезда, тем больше это смещение, так что от сверхплотной звезды совсем не будет приходить излучения в видимой области спектра. Но если гравитационное действие звезды увеличивается в результате ее сжатия, то силы тяготения оказываются настолько велики, что свет вообще не может покинуть звезду. Таким образом, для любого наблюдателя возможность увидеть черную дыру полностью исключена! Но тогда естественно возникает вопрос: если она невидима, то как же мы можем ее обнаружить? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые прибегают к искусным уловкам.

Руффини и Уиллер досконально изучили эту проблему и предложили несколько способов пусть не увидеть, но хотя бы обнаружить черную дыру. Начнем с того, что, когда черная дыра рождается в процессе гравитационного коллапса, она должна излучать гравитационные волны, которые   могли бы пересекать пространство со скоростью света и на короткое время искажать геометрию пространства вблизи Земли. Это искажение проявилось бы в виде гравитационных волн, действующих одновременно на одинаковые инструменты, установленные на земной поверхности на значительных расстояниях друг от друга. Гравитационное излучение могло бы приходить от звезд, испытывающих гравитационный коллапс. Если в течение обычной жизни звезда вращалась, то, сжимаясь и становясь все меньше и меньше, она будет вращаться все быстрее, сохраняя свой момент количества движения. Наконец она может достигнуть такой стадии, когда скорость, движения на ее экваторе приблизится к скорости света, то есть к предельно возможной скорости. В этом случае звезда оказалась бы сильно деформированной и могла бы выбросить часть вещества. При такой деформации энергия могла бы уходить от звезды в виде гравитационных волн с частотой порядка тысячи колебаний в секунду (1000 Гц).

Дж. Вебер установил ловушки гравитационных волн в Аргонской национальной лаборатории вблизи Чикаго и в Мэрилендском университете. Они состояли из массивных алюминиевых цилиндров, которые должны были колебаться, когда гравитационные волны достигнут Земли. Используемые Вебером детекторы гравитационного излучения реагируют как на высокие (1660 Гц), так и на очень низкие (1 колебание в час) частоты. Для детектирования последней частоты используется чувствительный гравиметр, а детектором является сама Земля. Собственная частота квадрупольных колебаний Земли равна одному колебанию за 54 мин.

Все эти устройства должны были срабатывать одновременно в момент, когда гравитационные волны достигнут Земли. Действительно, они срабатывали одновременно. Но к сожалению, ловушки включались слишком часто — примерно раз в месяц, что выглядело весьма странно. Возможно, со временем эта странная ситуация прояснится, будут зарегистрированы чистые гравитационные волны и удастся обнаружить сигнал от звезды, находящейся в стадии гравитационного коллапса. Некоторые ученые считают, что хотя опыты Вебера и полученные им результаты интересны, но они недостаточно надежны. По этой причине многие относятся весьма скептически к идее детектирования гравитационных волн.

Вебер указывает даже направление прихода гравитационных волн. Он полагает, что они могли бы приходить от центра, или ядра, Млечного Пути. Однако следует четко представлять себе, что это направление нельзя определить однозначно. Гравитационные волны могли бы приходить как от галактического ядра, так и с противоположного направления. Сложившаяся ситуация особенно интересна тем, что в этом направлении расположена Крабовидная туманность, в центре которой, как мы увидим в следующей главе, находится пульсар.

Как отмечал Дайсон (из лаборатории «Белл»), который скептически относится к результатам Вебера, последний смог бы зарегистрировать гравитационные волны, для генерации которых потребовалось бы невероятно большое количество энергии. По оценкам Дайсо-на, это должно быть эквивалентно полному превращению в энергию тела с массой Солнца. В принципе законы природы не исключают таких превращений. Однако каждое подобное превращение должно сопровождаться излучением энергий в широком диапазоне частот — от рентгеновских лучей до радиоволн. Пока вспышек такого излучения не обнаружено.

Советскими учеными предложен еще один метод, основанный на детектировании электромагнитного излучения в широкой полосе спектра, которое должно возникнуть при падении вещества на черную дыру. Как подчеркивают эти исследователи, излучение испускается не отдельными частицами, а целым газовым облаком, когда оно сжимается и нагревается до 100 млрд. К, закручиваясь в воронку вокруг черной дыры. Этот эффект обусловлен активностью в областях, лежащих несколько выше гравитационного радиуса, и, следовательно, излучение этих областей может покидать черную дыру.

Разрабатываются и другие способы обнаружения черных дыр. Так, Кип С. Торн отмечает, что невидимые спутники некоторых звезд могут быть обнаружены по движению этих звезд. Данный метод используется для обнаружения невидимых больших планет, которые, как считают, обращаются по орбитам вокруг ближайших звезд. Было найдено, что спектральные линии в спектрах ряда звезд периодически смещаются из-за движения взад-вперед по лучу зрения оптической звезды, обращающейся вокруг центра тяжести двойной звездной системы. Среди 800 звезд, у которых обнаружены подобные смещения спектральных линий, нашлось около десятка, смещение линий которых указывает на существование более массивной невидимой звезды; массы невидимых компонентов составляют 1,4—25 масс Солнца. Невидимые компоненты с такими массами, очевидно, должны быть либо нейтронными звездами, либо черными дырами (массы нейтронных звезд при этом не превышают трех масс Солнца). Если они являются нейтронными звездами, мы должны обнаружить испускаемое ими рентгеновское излучение. Если же это черные дыры, мы можем обнаружить их только по каким-либо вторичным эффектам.

В некоторых тесных двойных системах может реализоваться ситуация, когда одна звезда оказывается обычной, а вторая — черной дырой. В таком случае вещество обычной звезды будет втягиваться в черную дыру и падающий газ будет разогреваться за счет столкновений между частицами до весьма высоких температур. Он станет испускать рентгеновское и гамма-излучения, которые можно наблюдать с помощью рентгеновских и гамма-телескопов, вынесенных за пределы земной атмосферы. Однако в этом случае мы сталкиваемся с проблемой, как отличить рентгеновское излучение, приходящее от нейтронной звезды, от такого же излучения, возникающего в окрестности черной дыры. Здесь возможен следующий выход: если звезда нейтронная, то ее можно обнаружить на фотографической пластинке, полученной с большой экспозицией на мощном телескопе, как это было сделано, например, для Крабо-видной туманности. Если же невидимый компонент — черная дыра, то его никогда не удастся сфотографировать. Итак, в случае тесных двойных звездных систем фотографирование дает нам возможность отличить нейтронные звезды от черных дыр и тем самым обеспечивает доказательство их существования.

« ПредыдущаяСлед. »

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все о космосе
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: