Барри Паркер - Мечта Эйнштейна. В поисках единой теории строения

Затем возникает вопрос: что мы ищем? Так как большинство чёрных дыр имеет всего несколько километров в диаметре, их вряд ли можно увидеть. Совершенно очевидно, что придётся ориентироваться на косвенные признаки. Лучше всего заняться поисками газа, который засасывается чёрной дырой. При этом газ должен так нагреться, что станет испускать рентгеновское излучение, которое можно заметить и с Земли.

Полость Роша вокруг звезды

Рассмотрим такую ситуацию подробней. Представим себе, что мы имеем дело с двойной звёздной системой, где одна из звёзд только что превратилась в чёрную дыру. Когда в неё каким-то образом затягивается газ с другой звезды, появляется рентгеновское излучение. Как это происходит? Для ответа на этот вопрос нужно рассмотреть так называемую полость Роша. Вокруг чёрной дыры находится несколько воображаемых сфер, где поле тяготения одинаково во всех точках. Называются такие сферы потенциальными. Если речь идёт о двойной системе, то сфера вокруг каждой звезды искажается, так как поле тяготения одной звезды воздействует на другую. В том месте, где сила, вызываемая полем, одинакова во всех точках пространства, возникает особая фигура в форме восьмерки. Это и есть полость Роша. Она существует во всех двойных системах, даже в системе Луна-Земля. Точка соприкосновения этих сфер особенно важна и называется внутренней точкой Лагранжа ( L ). Если вещество звезды A попадёт в эту точку, его затянет в B , и соответственно, то же произойдёт с веществом звезды B .

Представим себе, что B превращается в чёрную дыру. Это означает, что если газ от A пройдёт через точку Лагранжа, он тут же попадёт в чёрную дыру. Произойти это может двумя способами. Один из них: стоит подождать достаточно долго, как звезда A начнёт расширяться, превратится в красного гиганта, и её внешние слои пройдут через точку Лагранжа. Существует и другая возможность: если звезда A – большая голубая звезда с сильным солнечным ветром, то частицы, из которых состоит этот ветер, также будут втянуты в чёрную дыру, если пройдут через точку Лагранжа.

Вычисления показывают, что всё вещество, которое проходит через точку Лагранжа, будет закручиваться по спирали по направлению к B , образуя диск аккреции. Отдельные частицы газа в этом диске будут вести себя, как планеты в нашей Солнечной системе, в том смысле, что те, которые окажутся ближе к чёрной дыре, будут двигаться быстрее, чем те, которые дальше от неё (так же, как Меркурий обращается быстрее, чем Земля). Это создаёт довольно высокое трение между слоями, отчего газ нагревается. К тому моменту, когда он попадёт в чёрную дыру, его температура составит миллиарды градусов, что приведёт к возникновению сильного рентгеновского излучения.

Итак, наши поиски свидетельствуют о том, что основные кандидаты на роль чёрных дыр – двойные звёзды, но, так как размеры чёрных дыр крайне малы, их присутствие в системе будет незаметно. Сможем ли мы обнаружить такие системы? Астрономам они знакомы, их называют спектрально-двойными. Хотя в телескоп видна только одна звезда, учёные знают, что на самом деле их две. Это видно по спектральным линиям, которые смещаются, потому что длина волны испускаемого такой звездой света меняется из-за орбитального движения (это явление называется эффектом Доплера).

Прежде чем обсуждать источники рентгеновского излучения такого типа, сделаем краткий обзор истории развития рентгеновской астрономии. Земная атмосфера не пропускает рентгеновского излучения, а для того чтобы выйти за её пределы, нужны ракеты, зонды и спутники. Первая ракета, оборудованная приборами для обнаружения рентгеновского излучения, была запущена в 1962 году. Сразу же было обнаружено несколько рентгеновских источников; один из них – в созвездии Скорпиона. Позднее удалось показать, что этим источником является яркая голубая звезда, но не было доказательств, что она входит в двойную систему. В последующие годы во время новых полётов обнаружили и другие источники. Два особо интересных находятся в созвездиях Центавра и Геркулеса. Оба имеют высокую частоту пульсации и, по-видимому, входят в двойную систему, но ни один из них так и не удалось отождествить с чёрной дырой.

Запуск спутника для регистрации рентгеновского излучения UHURU (что на суахили означает «свобода»), произведённый в Кении в День независимости в декабре 1970 года, способствовал быстрому развитию рентгеновской астрономии. Вскоре был опубликован первый каталог источников рентгеновского излучения, обнаруженных этим спутником; в нём содержалось 100 наименований, 55 из которых представляли особый интерес (с неидентифицированным источником рентгеновского излучения). Вскоре всё внимание сконцентрировалось на одном из них, известном под названием Лебедь XI. Он часто пульсировал, но пульсация не походила на импульсы источников в созвездиях Геркулеса и Центавра: они были непериодическими. Краткий период пульсации показывал, что источник мал – размером с чёрную дыру. Наконец, в 1971 году был обнаружен оптический компонент системы (который нельзя увидеть невооружённым глазом). Система представляет собой спектрально-двойную с периодом вращения 5,6 суток, причём второй компонент (источник рентгеновского излучения) не виден. Главная звезда – голубой гигант, зарегистрированный в каталоге Генри Дрейпера под номером HD226868.