Александр Петров - Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор

Очень важной для регистрации черных дыр может оказаться аккреция газа с соседней звезды в двойных звездных системах. При этом из вращающегося газа формируется аккреционный диск. Вещество в нем ускоряется, разгоняется до релятивистских скоростей, нагревается и, как результат, сильно излучает. Излучение происходит и в рентгеновском диапазоне, что дает принципиальную возможность обнаруживать такие аккреционные диски при помощи рентгеновских телескопов. На рис. 8.4 показана двойная система, состоящая из черной дыры и обычной звезды. Вещество звезды притягивается черной дырой и собирается вокруг нее в аккреционный диск, с образованием джетов (струй раскаленного газа, вырывающихся из полюсов). Основной проблемой для идентификации таких объектов, также как и при обычной аккреции, является то, что трудно различить аккреционные диски нейтронных звезд и черных дыр. Основополагающая теоретическая разработка моделей таких дисков появилась в 1973 году в пионерской работе советских астрофизиков Николая Шакуры и Рашида Сюняева.

По разным оценкам кандидатов в черные дыры звездных масс существует до нескольких десятков. Все они являются компонентами рентгеновских двойных систем, в которых компактный объект имеет аккреционный диск из вещества звезды-компаньона. И почти все такие кандидаты в черные дыры (20–30) обнаружены в нашей Галактике. Массы компактных объектов могут быть от трех до двенадцати солнечных масс и даже более. Одна из наиболее удаленных рентгеновских двойных систем находится в галактике Треугольника. Компактный объект с массой около 10 солнечных масс, похожий по свойствам на черную дыру, был обнаружен в шаровом скоплении в галактике NGC 4472, находящейся на расстоянии 55 миллионов световых лет.

Рис. 8.4. Перетекание вещества с обычной звезды на черную дыру

В наше время большинство астрофизиков и космологов убеждены в существовании сверхмассивных черных дыр , содержащих от сотен тысяч до миллиардов солнечных масс и расположенных в центрах большинства галактик, включая нашу – Млечный Путь. Их гравитационный радиус находится в пределах от сотен тысяч до миллиардов километров, т. е. от сотых долей астрономической единицы (а. е. = 150 млн км – среднее расстояние от Земли до Солнца) до 100 а. е. Причина этой убежденности в том, что современная техника позволяет производить чрезвычайно точные наблюдения вблизи центра нашей и других галактик, различать и определять параметры орбит звезд, движущихся вблизи центра. А эти наблюдения в рамках ОТО дают однозначный ответ. Мало того, на фоне орбит близких звезд, буквально разрешается темный диск черной дыры в центре нашей галактики. Эти черные дыры представляют наиболее вероятную модель активных ядер галактик, которые образуются при слиянии малых черных дыр и (или) при аккреции газа и вещества окружающих звезд. Сверхмас-сивные черные дыры являются и самыми подходящими кандидатами для центров квазаров, объектов чрезвычайно удаленных от нас, а следовательно, очень старых (ранних), из которых и могли позднее (ближе к современной эпохе) образоваться галактики.

На чем основан вывод, что в центрах галактик – черные дыры? Прежде всего, на анализе динамики близких звезд – их класс, а соответственно, и масса известны. Параметры орбит известны благодаря современным

телескопам. Чем ближе к центру, тем больше скорости звезд, подобно тому как в Солнечной системе близкие планеты имеют большую скорость, чем дальние. Но там скорости звезд достигают десятков тысяч км/с! Этих данных достаточно, чтобы вычислить массу центрального тела. В нашей Галактике центр расположен в созвездии Стрельца. В настоящее время в его окрестности изучается движение десятков звезд. По современным оценкам масса центрально тела от 3 до 4 млн солнечных масс. Фиксируется излучающий источник, называемый Стрелец A*, причем по всем параметрам его излучение вызвано аккрецией газа на центральный объект, радиус которого (излучающей области) не более 45 а. е. Есть и непосредственные данные, подтверждающие компактность центрального объекта – это размеры орбиты одной из самых близких звезд S2. А при массе в несколько миллионов солнечных масс и таких малых размерах этот центральный объект может быть только черной дырой.

Среди других галактик с объектами-кандидатами в сверхмассивные черные дыры наиболее тщательно изучены галактика Андромеды, галактика M 32, эллиптические галактики M 87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258 и галактика M 104 (Сомбреро).