Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

К концу 1970-х гг. черные дыры проникли в массовую культуру. Их странные свойства впечатлили тех, кто вообще не интересовался астрономией. Студия Disney выпустила фильм «Черная дыра», и впервые в истории компании фильму присвоили рейтинг PG [74] Рекомендующий присутствие родителей. – Прим. пер. – слишком страшной оказалась тематика. Низкотехнологичный и местами слабый – для своего времени это был смелый проект, сделавший черные дыры прообразом смерти и преображения. Попсовая наивность The Beatles переродилась в агрессивный рок. Rush, Queen, Pink Floyd – все они отдавали дань астрофизике [75] Канадская группа Rush, работающая в жанре прогрессив-рок, услышала о первой черной дыре вскоре после ее открытия и написала цикл песен «Cygnus Х-1», вошедший в два ее альбома, 1977 и 1978 гг. В этом аллегорическом сочинении исследователь проникает в черную дыру с криком: «Звук и ярость переполняют меня, разрывается каждый нерв». Во второй части цикла он находится за горизонтом событий в мире под названием Олимп, где встречает воюющие племена Аполлона, управляемые логикой, и племена Диониса, управляемые эмоциями. Апофеоз астрономии и рок-музыки случился на два года раньше, в 1975 г., когда Pink Floyd выпустили концептуальный альбом Wish You Were Here с композицией из девяти частей «Shine On You Crazy Diamond». Песня является двойной метафорой: с одной стороны, данью памяти человеку, который ярко горел, но рано ушел, с другой – аллюзией на белые карлики, состоящие из квазикристаллического углерода. «Твои глаза смотрят как черные дыры на небе», – пел Роджер Уотерс. .

Судьбу любой звезды определяет ее масса. Масса свидетельствует о запасах топлива для реакций термоядерного синтеза. Масса определяет и гравитацию звезды, следовательно, ее размер, внутреннюю температуру и давление, тип термоядерной реакции и ее скорость – все это задается одним числом. Любое утверждение об обнаружении черной дыры должно опираться на надежную оценку массы. К сожалению, масса еще и самый сложный для измерения показатель. Данные визуального наблюдения позволяют оценить яркость и температуру поверхности, но, чтобы измерить расстояние до звезды и, следовательно, ее светимость, нужны отдельные наблюдения, после чего необходимо построить модель звезды, чтобы вывести массу.

Одиночная черная звезда, скрывающаяся в глубоком космосе, имеет громадную массу, но сама по себе она не может быть обнаружена. К счастью, больше половины звезд входят в двойные или кратные системы. Согласно закону тяготения Ньютона, два тела притягиваются друг к другу с равной силой. Они вращаются вокруг общей точки – центра масс, – относительно которой всегда занимают противолежащее положение. Представьте двоих, которые кружатся, взявшись за руки. Если они одного веса, то вращаются по орбите вокруг точки в центре между ними. Но если взрослый кружится с ребенком, то центр вращения смещен в сторону взрослого – можно сравнить это с метанием молота (на этом мы оставим аналогии). То же со звездами. Две звезды равной массы обращаются по орбитам на равном расстоянии от центра масс. Если массы не равны, более массивная звезда находится ближе к центру масс, а менее массивная имеет большее ускорение и быстрее движется по большей орбите (илл. 13) [76] Аналогией является ситуация с детскими качелями или качалкой-балансиром. Когда на концы качалки садятся два человека одного веса, они находятся в равновесии. Если сядут ребенок и взрослый, то взрослый должен сместиться ближе к середине, чтобы уравновесить ребенка. Это рычаг с центром равновесия работает так же, как орбита с центром масс. Когда массы резко различаются, как у планеты и звезды, вокруг которой она вращается, орбита звезды настолько мала, что она едва покачивается. Например, Юпитер, самая массивная планета Солнечной системы, заставляет Солнце покачиваться с периодом, равным 12-летнему орбитальному периоду Юпитера. .

Таков общий принцип. Теперь добавим математику. При круговой орбите скорость равна окружности, деленной на время прохождения всей орбиты, или период. Измерив период и скорость обращения, можно получить радиус орбиты. Ньютоновский вариант третьего закона движения Кеплера связывает массу двух звезд на орбите с размером и периодом орбиты. Это четыре переменные, и нужно измерить три из них. Таким образом, в системе двойных звезд с одной видимой звездой и одним невидимым компаньоном мы должны измерить массу видимой звезды, чтобы вычислить массу темного тела [77] Обычно орбиты являются эллиптическими, а не круговыми, но это усложнение не влияет на основу рассуждений. Скорость движения по орбите меняется по мере ее прохождения, но средняя скорость является такой же, что и при круговой орбите той же длины. . Как это сделать?