Коллектив Авторов: Цифровой журнал «Компьютерра» № 35

- Надежная в каком смысле?

В том смысле, что это объект, астрофизические свойства которого наиболее близки к тому, что мы думаем о черных дырах. Что мы имеем? Мы имеем объект с массой примерно три-четыре миллиона солнечных масс (это напрямую измерено) с размером, меньшим, чем несколько астрономических единиц, который излучает очень мало. Если мы подумаем, как мы еще можем сделать объект, который при такой большой массе имеет такой маленький размер, и который ничего не излучает, то окажется, что сделать это крайне сложно. Черная дыра — это консервативная гипотеза. Одна из самых важных характеристик черной дыры, повторюсь, это массивность и компактность. Другим способом, без теории черной дыры, таких характеристик достичь очень сложно. Вы, например, можете сказать, что там сидит объект относительно холодный и не светится, но если вы попробуете сделать железный объект такой массы, то ничего не получится, гравитация победит, он схлопнется, и все равно превратится в черную дыру. Если вы будете делать такой объект из звездного вещества, он будет ярко светить, и, перебирая разные варианты из того, что предлагает нам стандартная модель, черная дыра — это единственное, что нам подходит. Мало того, мы видим, как газ течет на этот объект. Он падает в гравитационное поле, разгоняется, и если бы внизу была поверхность, газ бы при ударе об эту стенку нагрелся, и мы увидели бы излучение, но мы его не видим. То есть он действительно падает как в дыру, отчасти отсюда и название. И действительно очень сложно придумать модель, которая бы описала такое явление без привлечения черной дыры. Поэтому можно сказать, что вот так мы и наблюдаем черные дыры.

В центрах других галактик мы видим массивные объекты, и тоже достаточно компактные. Поскольку другие галактики дальше, ограничения на размер менее жесткие, но все равно, если мы знаем, что в центре галактики сидит массивный и компактный объект с массой миллиард солнечных, очень трудно придумать, как еще он мог образоваться. Считается, что это черные дыры. Есть еще черные дыры в двойных звездных системах, это когда одна из двойных звезд превращается в черную дыру.

Теоретически, мы можем наблюдать черные дыры просто как невидимые массивные спутники звезд, но чаще их наблюдают по излучению газа, падающего в дыру. Поскольку они обладают очень сильным гравитационным полем, то объекты, падающие в черную дыру, разгоняются до очень большой скорости и формально пересекают горизонт со скоростью света. Так вот если мы просто бросаем предмет в черную дыру, то он туда падает, и практически ничего не излучается. Но мы можем себе представить другую ситуацию. Мы кидаем два предмета в черную дыру, они сталкиваются друг с другом незадолго до падения под горизонт. То есть получается, что у нас сталкиваются два объекта, двигающиеся с очень высокой скоростью. При этом каждый для другого является стенкой, и выделяется очень большая энергия. В реальности на черную дыру может течь газ, поэтому газ сталкивается сам с собой. Например, если в начале был момент вращения, вокруг черной дыры может образоваться диск, и из-за трения этот быстро движущийся газ разогревается до миллионов градусов, при этом выделяется очень много энергии. Это простой, но очень эффективный способ генерации энергии, и черные дыры наблюдаются по излучению этого падающего газа. Такая схема реализуется, например, в двойных системах, если вещество из одной звезды течет в другую, которая в данном случае является черной дырой. Черная дыра, на которую идет мощный поток вещества в центре галактики, называется квазаром. Квазаров очень много, мы знаем как минимум десятки тысяч штук, на самом деле их больше, но это вопрос обнаружения и классификации большого количества объектов. В двойных системах мы в основном изучаем черные дыры все-таки в нашей галактике, хотя есть примеры и в других. В нашей же таких систем известно несколько десятков. Так что можно сказать, что по большей части астрофизики изучают сверхмассивные черные дыры, но это просто наблюдательный эффект, на самом деле маленьких черных дыр больше, просто их труднее найти.

- Много ли черных дыр во Вселенной?

Тут вопрос — каких? Мы знаем два основных типа черных дыр — это дыры из звезд и сверхмассивные. Плюс есть два обсуждаемых типа черных дыр — это маленькие первичные черные дыры и черные дыры промежуточных масс. Последние связаны с объектами, природу которых легко объяснить, если в них находится черная дыра не сверхмассивная, а с массой тысяча масс солнц, скажем. Это пока остается моделью, нет достаточно прямых данных. Важно, что есть разные типы черных дыр, и поэтому, отвечая на вопрос «Сколько?», нужно уточнять, каких. Сверхмассивных черных дыр должно быть (грубо говоря) столько же, сколько галактик, а их сто миллиардов в видимой части Вселенной. Черных дыр звездных масс в нашей галактике примерно сто миллионов. Соответственно, в каждой галактике типа нашей должно быть примерно столько же.