Стивен Хокинг - Теория всего. От сингулярности до бесконечности - происхождение и судьба Вселенной

Можно ли надеяться обнаружить черную дыру, если она по определению не излучает никакого света? Это похоже на поиски черной кошки в темной комнате. К счастью, способ обнаружить черные дыры существует, поскольку, как отметил Джон Мичелл в своей пионерской работе 1783 г., гравитационное поле черной дыры воздействует на близлежащие объекты. Астрономы наблюдали множество систем, в которых две звезды вращаются одна вокруг другой под воздействием гравитации. Кроме того, они наблюдали системы, в которых только одна видимая звезда вращается вокруг невидимого компаньона.

Можно ли надеяться обнаружить черную дыру, если она по определению не излучает никакого света?

Конечно, нельзя с ходу утверждать, что этим компаньоном является черная дыра. Это может быть звезда настолько тусклая, что мы не можем ее увидеть. Однако некоторые из таких систем, например система X-l в созвездии Лебедя, являются также источниками мощного рентгеновского излучения. Наиболее правдоподобное объяснение этого явления заключается в том, что рентгеновское излучение генерируется веществом, которое выбрасывается с поверхности видимой звезды. Когда оно падает в направлении невидимого компаньона, создается спиральное движение, как при сливании воды из ванны, и вещество нагревается и испускает рентгеновские лучи. Чтобы этот механизм работал, невидимый объект должен быть очень маленьким, как белый карлик, нейтронная звезда или черная дыра.

Итак, по наблюдаемому движению видимой звезды можно определить минимальную возможную массу невидимого объекта. В случае системы Лебедь X-l эта масса примерно в шесть раз больше массы Солнца. Согласно результатам Чандрасекара, это слишком много для того, чтобы невидимый объект был белым карликом. Для нейтронной звезды эта масса также слишком велика. Так что, по-видимому, это должна быть черная дыра.

Существуют и другие модели, объясняющие поведение системы Лебедь X-l без привлечения черной дыры, но все они подходят лишь с натяжкой. Присутствие черной дыры кажется единственным разумным объяснением наблюдаемой картины. Несмотря на это, я поспорил с Кипом Торном из Калифорнийского технологического института, что на самом деле в системе Лебедь X-l нет черной дыры. Для меня это как страховка. Я много работал над изучением черных дыр, и все мои усилия окажутся напрасными, если они не существуют. Но в этом случае у меня будет утешение в виде выигранного пари и четырехлетней подписки на сатирический журнал Private Eye . Если же черные дыры все-таки существуют, Кип получит подписку на Penthouse всего на один год, поскольку при заключении пари в 1975 г. мы были на 80 процентов уверены, что в системе Лебедь X-1 есть черная дыра. Можно сказать, что сегодня мы уверены на 95 процентов, но наш спор еще не разрешен.

Свидетельства существования черных дыр обнаружены во многих других системах нашей Галактики, а также в центрах других галактик и квазаров (там черные дыры, по-видимому, гораздо крупнее). Кроме того, не исключена возможность существования черных дыр с массами гораздо меньшими, чем масса Солнца. Такие черные дыры не могли возникнуть в результате гравитационного коллапса, поскольку их массы меньше предела Чандрасекара. Звезды столь малой массы способны противостоять собственной гравитации, даже когда они израсходовали все свое ядерное топливо. Таким образом, черные дыры малой массы могли бы образоваться только в том случае, если вещество было сжато до огромной плотности под воздействием очень большого внешнего давления. Такие условия могут быть созданы в очень большой водородной бомбе. Физик Джон Уилер подсчитал, что если взять всю тяжелую воду из всех океанов мира, то можно создать водородную бомбу, которая сожмет вещество в центре настолько, что может появиться черная дыра. Однако, к сожалению, не останется никого, кто мог бы ее увидеть.

Если взять всю тяжелую воду из всех океанов мира, то можно создать водородную бомбу, которая сожмет вещество в центре настолько, что может появиться черная дыра.

Более реалистичная возможность заключается в том, что такие маломассивные черные дыры могли образоваться при высоких температурах и давлениях на самых ранних этапах эволюции Вселенной. Черные дыры могли образоваться, если ранняя Вселенная не была абсолютно гладкой и однородной, поскольку тогда небольшая область с плотностью выше средней могла быть сжата таким образом, что в результате возникла бы черная дыра. А мы знаем, что неоднородности должны были существовать, поскольку в противном случае материя во Вселенной была бы распределена абсолютно равномерно и в современную эпоху, а не скапливалась бы, образуя звезды и галактики.