Знание-сила, 1999 № 07-08

Оппенгеймер решил понять: какой будет аналог массового предела Чандрасекара для звезд такого типа? Ответить на этот вопрос гораздо сложнее, чем в случае белых карликов. Там работали только силы гравитации, они сдавливали вещество, а принцип Паули их «расталкивал». Нейтроны же сильно взаимодействуют друг с другом, причем тонкости этого взаимодействия тогда были совершенно не ясны и трудно было делать какие-либо численные оценки. Тем не менее Оппенгеймер с присушим ему блеском провел их и пришел к выводу, что массовый предел сравним с пределом Чандрасекара для белых карликов.

Он хотел обсудить вопрос с Эддингтоном и, зная его отрицательное отношение к коллапсу, решил изучить процесс досконально, а для этого поручил своему студенту Снайдеру разработать проблему коллапса звезды. Ясно, что студент может решить не слишком трудную задачу, и Оппенгеймер максимально упростил ее, пренебрегая всем, чем только возможно. В результате Снайдер справился с заданием при помощи простого арифмометра, но получилось у него нечто необычное: оказалось, что коллапс звезды драматически зависит от того, откуда на нес смотришь.

Начнем с наблюдателя, находящегося в покое на безопасном расстоянии от звезды. Запомним, что есть еще один, которому повезло меньше: он сидит на самой поверхности коллапсирующей звезды и посылает сигналы своему более удачливому коллеге. Частота сигналов будет все время уменьшаться, и неподвижный наблюдатель придет к выводу, что часы на поверхности кодлапсируюшей звезды замедляют свой ход.

При достижении радиуса Шварцшильда эти часы просто остановятся. Неподвижный наблюдатель вынужден будет прийти к выводу, что ничего не происходит, или звезда коллапсирует за бесконечное время. Что будет с ней потом, никто не знает, потому что какое может быть «потом» после бесконечности? Все процессы на звезде как бы замерзают при приближении к радиусу Шварцшильда.

Пока в 1967 году известный физик Джон Уилер не придумал удачный термин «черные дыры», о таких объектах в литературе говорили как о замерзших звездах. Это замерзшее состояние и есть истинное содержание сингулярности в геометрии Шварцшильда. Как отмечали Снайдер и Оппенгеймер в своей статье, «коллапсируюшая звезда стремится перекрыть все каналы общения с удаленным наблюдателем, действует лишь ее гравитационное поле». Иными словами, возникает черная дыра.

Но что же происходит с нашим вторым наблюдателем? Не забывайте, что это всего лишь мысленный эксперимент; не дай Бог даже в кошмарном сне ощутить, что происходит в том фавитаиионном аду! Для наблюдателя на звезде радиус Шварцшильда не является чем-то выделенным, он проходит через него и дальше за вполне определенное время по своим часам. Единственное, что должно настораживать, это колоссальные приливные гравитационные силы, которые давно должны были разорвать его на мелкие кусочки.

Все это было написано в 1939 году, и мир сам был близок к тому, чтобы быть разорванным на куски Второй мировой войной. Оппенгеймер вскоре возглавил работы по созданию атомной бомбы и никогда больше не возвращался к тематике черных дыр, Эйнштейн тоже. В 1947 году Оппенгеймер стал директором Института перспективных исследований в Принстоне, где Эйнштейн был профессором. Время от времени они общались, но записей бесед не сохранилось. О черных дырах как-то забыли и вспомнили лишь в шестидесятые годы, когда появились такие экзотические небесные объекты, как квазары, пульсары и компактные источники гамма-лучей. Вот для того чтобы обеспечить колоссальное энерговыделение в них, и понадобились безумные гравитационные поля черных дыр и звездного коллапса. Астрономы стали их искать.

Аккреционный диск в двойной системе Наше Солнце существует в гордом одиночестве, но большинство звезд предпочитает компанию. Однако такое существование «в паре» небезопасно: более тяжелый партнер начинает притягивать к себе вещество своего соседа. Именно этот процесс и показан на рисунке. Газовая оболочка большой голубой звезды постепенно перетекает в аккреционный диск, быстро вращающийся вокруг своего маленького, но очень плотного компаньона. Огромные гравитационные силы притяжения разгоняют вещество до колоссальных энергий, и оно излучает при этом рентгеновские лучи.