Черные и белые дыры: Страница 3

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

Страница 3 из 5

 

 

 

Можно ли увидеть черную дыру, когда она проходит по диску оптической звезды, в том случае, если она является компонентом затменной системы, то есть системы, плоскость орбиты которой близка к лучу зрения? Ответ очевиден. Черную дыру нельзя увидеть из-за слишком малых размеров. Если она проходит по диску такой звезды, как Солнце, имеющей в диаметре около 1,5 млн. км, то свет звезды будет слабее   всего на две миллиардные доли процента.

Возьмем более подходящий случай: когда черная дыра проходит по диску белого карлика, излучение звезды окажется слабее на две миллионные доли процента. В любом случае потери света так малы, что их невозможно обнаружить ни одним из современных инструментов. Здесь есть одна интересная деталь. Если каким-то непостижимым образом удастся увидеть черную дыру на фоне оптической звезды, то это не будет сплошной черный диск. Центр его окажется черным, а переход от черноты к яркому краю будет постепенным. Такое любопытное явление обусловлено мощным гравитационным полем черной дыры, которая притягивает световые лучи, испускаемые яркой, находящейся за ней звездой.

В начале 1971 г. Камерон представил, казалось бы, неоспоримые доказательства того, что черную дыру можно обнаружить по этим вторичным эффектам. По мнению Камерона, вторичный компонент известной двойной системы, эпсилон Возничего, является черной дырой.

В последнее время эпсилон Возничего своими загадочными свойствами привлек к себе пристальное внимание и подвергся тщательному исследованию. Первичная звезда этой системы — сверхгигант с массой, в 35 раз превосходящей солнечную. Невидимая вторичная звезда обладает массой, равной 23 массам Солнца, и должна иметь светимость, составляющую 40% светимости первичного компонента, но этого не было обнаружено. Звезды обращаются относительно друг друга с периодом 27,1 года, и когда слабая звезда проходит перед главной, то затмение продолжается около 700 дней. Звезды разделены друг от друга расстоянием в 35 астрономических единиц,  что  примерно  равно  расстоянию  от Солнца до  Плутона.

Обе звезды этой двойной системы образуют довольно любопытную комбинацию. Главная звезда легко наблюдаема, и ее свойства детально изучены. Вторичная же звезда представляется весьма таинственной, потому что ее нельзя отнести ни к какому из известных типов звезд. Как отмечает Камерон, эта звезда слишком массивна для того, чтобы быть белым карликом или нейтронной звездой. Остается единственная возможность — это черная дыра, которую Камерон называет коллапсаром. Под этим словом он понимает черную дыру, образовавшуюся в результате имплозии (взрыва внутрь).

Изучая вторичный компонент звездной системы, Камерон заключил, что он представляет собой гигантский полупрозрачный диск из пыли и газа, обращающийся по орбите вокруг невидимой центральной звезды. Полупрозрачная структура диска была выявлена по необычным эффектам, наблюдаемым во время затмения. По мнению Камерона, массу этого диска можно определить, и она, по-видимому, составляет не более нескольких процентов от массы центральной звезды. Поскольку масса центральной звезды равна 23 солнечным, масса газово-пылевого диска близка к массе Солнца.

Некоторые астрономы обнаружили неожиданно интенсивное инфракрасное излучение, приходящее от системы эпсилон Возничего. Если источником этого излучения является облако частиц, то оно должно находиться на расстоянии около 230 млд. км от центра звездной системы. Полагают, что частицы образуют гигантский диск или кольцо. Если частицы очень малы, то давление излучения будет выметать их в космическое пространство. Частицы больших размеров в конечном итоге будут падать по спирали на черную дыру. Однако, судя по свойствам системы, она еще слишком молода, чтобы такое падение происходило. По-видимому, со временем черная дыра начнет поглощать эти частицы.

Не исключено, что эту систему можно рассматривать как первое явное доказательство существования черных дыр. Вот почему астрономы собираются сделать систему эпсилон Возничего объектом интенсивного и тщательного изучения в будущем.

Две другие черные дыры были предсказаны Р. Руффини и его коллегой из Принстона Р. У. Личем. Они полагают, что рентгеновские источники Лебедь Х-1 и Лебедь Х-3 могут оказаться черными дырами, излучающими непульсирующее рентгеновское излучение. Считается, что пульсирующие рентгеновские источники являются нейтронными звездами. По мнению Руффини, ввиду многочисленности двойных рентгеновских систем пределы возможных значений масс нейтронных звезд и черных дыр можно определить с высокой степенью надежности.

Исследователи в Принстоне установили, что масса источника Лебедь Х-1 равна 8 массам Солнца, и поскольку этот источник не является пульсаром, то при такой массе он должен быть черной дырой. Лебедь Х-3 также является непульсирующим источником рентгеновского излучения с периодом обращения двойной системы, равным 4,8 ч. Он удален от Земли примерно на 25—35 тыс. световых лет. Система с таким периодом должна быть весьма массивной, иначе две звезды слились бы вместе, и это означает, что время жизни системы было бы очень мало. А если так, то очень мала и вероятность ее увидеть. Вот почему в принстонской группе убеждены, что Лебедь Х-3 является черной дырой. Итак, на нашем небе три кандидата в черные дыры!

Вернемся к системе эпсилон Возничего. Предположим, что нам когда-нибудь удастся приблизиться ко вторичной звезде этой системы и увидеть, что же там происходит. Однако наблюдатель при этом должен находиться достаточно далеко от черной дыры, чтобы на него не подействовало гравитационное притяжение. (Как мы уже знаем, расстояние между наблюдателем и черной дырой должно быть больше гравитационного радиуса.) Что же он увидит?

Прежде всего заметим, что вторичной звезды наблюдатель не увидит, так как от нее не могут уходить ни частицы, ни излучение. Итак, предположим, что какие-то неведомые силы позволят наблюдателю пребывать вблизи черной дыры достаточно длительное время и изучать ее физические свойства. И пусть наблюдателю посчастливится настолько, что он окажется там как раз во время гравитационного коллапса.

Наблюдатель обнаружит, что звезда сжимается, и этот процесс постепенно замедляется, а излучаемый звездой свет под воздействием усиливающегося гравитационного поля становится краснее. В действительности по мере сжатия звезды до размеров гравитационного радиуса свету (или фотонам), а также частицам требовалось бы все больше времени для того, чтобы пройти путь между поверхностью звезды и наблюдателем. Причина этого явления связана с эффектом замедления времени в сильном гравитационном поле: чем сильнее поле, тем более «растянуто» время. Вот почему процесс     коллапса     для     внешнего     наблюдателя     замедляется.

Когда фотоны либо частицы уходят за гравитационный радиус, они просто исчезают. Только во внешней области непосредственно у гравитационного радиуса они могут быть видимы, причем создается впечатление, что они как бы скрываются за занавесом и больше не появляются. Торн отмечает, что звезде с массой, равной массе Солнца, требуется лишь несколько секунд для того, чтобы превратиться из обычной звезды в черную дыру, а если масса равна массе миллиарда звезд, то такой процесс займет несколько дней. Нашему наблюдателю придется быть очень внимательным, чтобы заметить эти явления. Кроме того, как указывает Торн, такое стремительное исчезновение звезды может быть замаскировано внешними светящимися слоями, поскольку перед тем, как сжаться до гравитационного радиуса, звезда сбрасывает с себя вещество. Поскольку излучение от черной дыры отсутствует, Торн считает, что мы никогда не сможем удостовериться в реальности явлений, предсказываемых астрофизиками-теоретиками. Да, по-видимому, никогда!

Теперь представим себе двух наблюдателей: одного на поверхности коялапсирующей звезды, а другого достаточно далеко, так чтобы он был в безопасности и не подвергался гравитационному коллапсу. Далее предположим, что наблюдатель на коллапсирующей звезде через равные промежутки времени посылает сигналы (радио- или световые) к удаленному наблюдателю, информируя его о происходящем. По мере приближения первого наблюдателя к гравитационному радиусу сигналы, которые он посылал через равные интервалы времени, будут достигать другого наблюдателя через все более длительные промежутки времени. Если первый наблюдатель даст последний сигнал как раз перед тем, как звезда достигнет гравитационного радиуса, то сигналу потребуется почти бесконечное время, для того чтобы прийти к удаленному наблюдателю; если же наблюдатель послал сигнал после того, как достиг гравитационного радиуса, наблюдатель вдали никогда не примет его, потому что сигнал никогда не покинет звезду.

« 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: :???: :?: :!: