Карта Вселенной - читать онлайн книгу. Автор: Приямвада Натараджан cтр.№ 22

В конечном счете важность и ценность идей Чандры была установлена в результате странных сочетаний последующих событий и открытий. После Второй мировой войны началась гонка вооружений, в которой стали применять и вычислительные машины. При расчетах, проводимых для создания водородной бомбы, ученые заметили, что изучаемые процессы очень похожи на те, которые должны происходить внутри взрывающихся звезд, что стало окончательным доказательством правильности расчетов Чандры. Он получил широкое признание, а в 1983 г. — Нобелевскую премию после того, как астрономы обнаружили сначала нейтронные звезды, а затем — в 1967 г. — и пульсары, ставшие для астрофизиков звездными маяками. Через два года после их обнаружения выяснилось, что пульсары представляют собой быстро вращающиеся нейтронные звезды, соизмеримые по массе с нашим Солнцем, но вещество в них «упаковано» до плотности материи в атомных ядрах. Такая плотность близка к тому критическому значению, при котором (в описанном выше равновесии сил тяготения и внутреннего давления) начнут преобладать силы гравитации, приводящие звезду к гравитационному коллапсу и превращающие в черную дыру. Это открытие обострило внимание астрономического сообщества к поиску в космосе особо плотных объектов, возникающих при гравитационном коллапсе вообще. Очень интересными в этом смысле оказались нейтронные звезды, которые можно образно назвать двоюродными сестрами черных дыр.

Как уже отмечалось, черные дыры не испускают свет и поэтому не могут наблюдаться непосредственно. Однако, как отмечал еще Мичелл, они могут обнаруживать себя по воздействию на окружающие их объекты. Поэтому, когда орбита движения черной дыры приближается к какой-либо другой звезде, она начинает вытягивать газ из последней своим чудовищным гравитационным воздействием. При этом газ, захваченный черной дырой, очень быстро нагревается и начинает светиться в диапазоне рентгеновского излучения. Астрономы часто наблюдают такие комбинации из черной дыры и звезды-компаньона, и поведение этих систем позволило перевести черные дыры в реальный мир наблюдаемых объектов.

Когда астрономы обнаружили квазары, им стало ясно, что это гигантские, сверхмассивные черные дыры, которые светятся, поглощая газ из своего окружения. Квазары оказались самыми яркими объектами во Вселенной. Мы уже обнаружили большое число таких сверхмассивных черных дыр, и сейчас считается, что каждая галактика, по-видимому, однажды проходит в своем развитии фазу существования в виде такого сияющего объекта ^[6], что означает период, когда черная дыра активно поглощает газ, черпая его из доступных источников.

Еще один непрямой (косвенный) метод исследования поведения черных дыр в центрах нашей и соседних галактик основан на количественной оценке их гравитационного воздействия на орбиты близко расположенных к центрам звезд, что позволяет оценивать массу этих черных дыр. Астрономы уже составили карты орбит некоторых звезд, находящихся близко к черной дыре в центре Млечного Пути, и эти орбиты действительно свидетельствуют о присутствии «чудовища» в центре нашей собственной Галактики. К сожалению, из-за огромных расстояний даже до ближайших галактик мы не можем проследить за поведением звезд в их внутренних областях.

Каждый год приносит новые открытия в этой области исследований. В начале 2014 г. мы наблюдали прохождение газового облака вблизи черной дыры в центре нашей Галактики и ожидали увидеть, как черная дыра рассеет и «проглотит» облако, что должно было, по расчетам, привести к драматической, яркой и очень заметной вспышке, сопровождающей процесс «пожирания», однако вопреки ожиданиям облако просто ускользнуло от дыры. Ученые ожидали, что эта уникальная ситуация даст им редкий шанс прямого наблюдения очень сильного гравитационного воздействия черной дыры, однако неожиданно оно оказалось слабее, чем предполагали теоретики, так что сейчас полученные данные используются для уточнения характеристик самого облака. Хотя эта попытка прямого наблюдения оказалась безуспешной, астрономы продолжают изыскивать и другие варианты сбора информации и непосредственного наблюдения за черными дырами. Например, изучаются возможности реализации перспективного и очень интересного проекта изучения черной дыры в центре нашей Галактики с использованием нового инструмента радиоастрономии, получившего название «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT). Проект основан на следующей научной идее: черные дыры настолько сильно искажают окружающее их пространство-время, что меняют течение времени и процессы распространения света в прилегающей к ним зоне. Из-за этой сильнейшей деформации ткани пространства-времени свет, проходящий мимо дыры, рассеивается случайным образом, создавая уникальные так называемые «тени» на границе горизонта событий. Инструмент проекта представляет собой сочетание нескольких радиотелескопов, расположенных в разных странах (в Мексике, Чили и Германии), которые должны зарегистрировать в радиочастотном диапазоне упомянутые «тени», соответствующие черной дыре в центре нашей Галактики. Такие далеко разнесенные, но объединенные в единую сеть телескопы, по замыслу проектировщиков, будут работать вместе подобно единому радиотелескопу с площадью принимающей антенны, близкой к площади поверхности Земли ^[7]. Это остроумное инженерное решение обещает получить самые четкие изображения «теней» черных дыр с включением так называемых элементов асимметрии и удлиненности, а также выяснить, в частности, вращаются дыры или нет, что имеет большое значение, поскольку скорость вращения (спин) черных дыр является (наряду с массой) одной из их важнейших характеристик. Проект EHT является новейшим и самым продвинутым методом косвенного наблюдения и картографирования черных дыр, однако стоит отметить, что такие непрямые методы наблюдения имеют очень длительную историю.

К настоящему времени наиболее достоверные и убедительные данные относительно черных дыр получают и описывают с использованием рентгеновского излучения. История его применений начинается в 1895 г., когда весьма известный и авторитетный физик-экспериментатор Вильгельм Рентген, возглавлявший Институт физики в Университете Вюрцбурга (Бавария), обнаружил существование рентгеновских лучей. Рентген занимался исследованием катодных лучей (пучков электронов) и, в частности, пытался выяснить, являются они волнами или частицами. Сейчас из квантовой механики нам известно, что электроны могут обладать свойствами и частиц, и волн, но Рентген жил в доквантовом мире. Как-то поздно вечером в пятницу, работая в своей лаборатории, Рентген изучал свечение флуоресцентного экрана под воздействием катодных лучей и обнаружил, что на экране, располагавшемся недалеко от источника лучей, появляется светящееся пятно даже в полностью затемненной комнате и при полной изоляции трубки с экраном. Он тщательно проверил изоляцию установки от внешних источников света. Поместив свинцовый лист на пути пучка электронов, он вдруг увидел четкое изображение костей своей руки рядом с тенью листа. В этот вечер, 8 ноября 1895 г., Рентген начал экспериментировать с обнаруженным им источником излучения. Он назвал новый тип излучения Х-лучами (сейчас мы называем их рентгеновскими), и они возникают при бомбардировке катодными лучами (электронами) стеклянной поверхности электронных трубок. Рентген сразу обнаружил, что излучение является очень мощным и легко проникает через кожу и ткани человеческого организма, создавая изображение костей скелета. Возбужденный этим открытием, он сделал первую в истории рентгенограмму и получил снимок левой руки своей супруги Анны Берты Рентген (урожденной Людвиг), где хорошо видна структура костей кисти руки и тень от обручального кольца.