Черные дыры и складки времени. Дерзкое наследие Эйнштейна - Торн Кип - Страница 81

• Предыдущая
• 81/163
• Следующая

Среди физиков-экспериментаторов надо отметить: Герберта Фридмана, Стюарта Бойера, Эдварда Байрама и Талботта Чубба, открывших Cyg Х-1 при запуске ракеты в 1964 г.; Харлея Тененбаума, Эдвина Келлога, Герберта Гурски, Стивена Мюррея, Этана Шриера и Риккардо Джиаккони, которые в 1971 г. с помощью Ухуру определили положение Cyg Х-1 с погрешностью не более двух угловых минут (рис. 8.7), и многих других, открывших и исследовавших мощные хаотические флуктуации потоков и энергии рентгеновских лучей, которые можно было бы ожидать от раскаленного турбулентного газа вокруг черной дыры.

Среди астрономов можно выделить: Роберта Хеллминга, Кема Вэйда, Люка Брайса и Джорджа Мили, открывших в 1971 г. всплески радиоволн в границах области нахождения Cyg Х-1, происходящие одновременно с гигантскими изменениями рентгеновского излучения (обнаруженными с помощью Ухуру) и, таким образом, зафиксировавших положение Cyg Х-1 с точностью до 1 угловой секунды (рис. 8.6 г и 8.7); Луиса Вебстера, Пола Мурдина и Чарльза Болтона, которые с помощью оптических телескопов обнаружили, что видимая звезда HDE226868, расположенная на месте радиовсплесков, обращается вокруг массивного, оптически темного, но испускающего в рентгеновском диапазоне спутника (Cyg Х-1); и сотен других астрономов, проведших кропотливые оптические измерения HDE226868 и других окрестных звезд, измерения, необходимые для того, чтобы обойти различные ловушки при оценке массы Cyg Х-1.

Среди астрофизиков-теоретиков наибольший вклад в общие усилия внесли: Зельдович и Новиков, предложившие метод поиска; Богдан Пачинский, Йорам Авни и Джон Бокалл, разработавшие сложные, но надежные способы избежать ошибки при определении массы; Джеффри Барбидж и Кевин Прендергаст, которые поняли, что горячий, испускающий рентгеновское излучение газ должен образовывать вокруг черной дыры диск; а также Рашид Сюняев, Джеймс Прингл, Мартин Рис, Джерри Острайкер и многие другие, разработавшие детальные теоретические модели излучающего рентген газа и образующегося диска, для последующего сравнения с данными рентгеновских наблюдений.

К 1974 г. эти масштабные усилия привели примерно с 80 %-ной достоверностью к следующей картине для Cyg Х-1 и его спутника, звезды HDE226868, которая изображена художником в правой части рис. 8.7. В общем, это была картина, которую предсказали Зельдович и Новиков, но с гораздо большим числом деталей. Черная дыра в центре Cyg Х-1 имеет массу определенно большую, чем три солнечные, возможно, даже большую, чем 7 Солнц, скорее всего, около 16, ее яркий в оптическом диапазоне, но темный в рентгеновском диапазоне спутник HDE 226868 имеет массу, вероятно, больше, чем 20 солнечных масс, скорее всего, около 33, и примерно в 20 раз больший, чем у Солнца радиус; расстояние от поверхности звезды до черной дыры составляет около 20 солнечных радиусов (14 миллионов километров). Эта двойная звезда находится от Земли на расстоянии примерно в 6000 световых лет. Cyg Х-1 является вторым по яркости объектом на рентгеновском небе, a HDE 226868, хотя и достаточно яркая по сравнению со многими другими звездами, видимыми в большие телескопы, все же слишком слаба, чтобы ее можно было видеть простым глазом.

В следующие два десятилетия после 1974 г. наша уверенность в этой картине для Cyg Х-1 возросла примерно с 80 % до, скажем, 95 % (это мои личные оценки). Наша уверенность не равна 100 % потому, что, несмотря на предпринятые огромные усилия, какой-либо однозначной своеобразной «подписи» черной дыры в Cyg Х-1 обнаружено не было. Никакого сигнала, рентгеновского или светового, который бы выкликивал, недвусмысленно заявляя астрономам: «Я пришел от черной дыры». Все еще можно придумать другие, без черной дыры, объяснения для всех наблюдений, но такие объяснения представляются настолько вычурными, что мало кто из астрономов принимает их всерьез.

Напротив, некоторые нейтронные звезды, называемые пульсарами, однозначно выкликают: «Я нейтронная звезда». Их рентгеновское излучение или, в некоторых случаях, радиоволны приходят к нам в виде коротких очень точно повторяющихся импульсов. В некоторых случаях точность воспроизведения периода между этими импульсами настолько высока, что становится сравнимой с ходом лучших атомных часов. Эти импульсы могут быть объяснены только как пучки излучения, испускаемые с поверхности нейтронной звезды и пробегающие мимо Земли при вращении звезды, подобно сигнальному маяку. Почему возможно только такое объяснение? Такие точные временные интервалы могут получиться лишь при вращении массивного объекта, у которого большая инерция и, соответственно, сильное сопротивление случайным силам, приводящим к случайным промежуткам времени между импульсами. Из всех массивных объектов когда-либо рассматривавшихся астрономами лишь нейтронные звезды и черные дыры могут вращаться, как некоторые пульсары, с такой чудовищной скоростью (сотни оборотов в секунду), и лишь нейтронные звезды, а не черные дыры, могут порождать вращающиеся пучки, поскольку черные дыры не могут иметь «волос». (Любой источник подобного пучка, закрепленный на горизонте черной дыры, был бы примером такого типа «волос», которые не могут на нем удержаться[90].)

Астрономы безуспешно искали однозначную подпись черной дыры в Cyg Х-1 на протяжении двадцати лет. Примером такой подписи (предложенной в 1972 г. Рашидом Сюняевым, членом команды Зельдовича) могли бы быть импульсы излучения, подобные импульсам пульсаров, образующиеся пробегающим пучком, исходящим из плотного газового сгустка, вращающегося вокруг черной дыры. Если бы такой сгусток находился достаточно близко к горизонту черной дыры и сохранялся в течение многих оборотов пока, наконец, не погрузился бы под поверхностью горизонта, детали постоянного изменения интервалов между импульсами могли бы дать ясную и недвусмысленную подпись: «Я черная дыра». К сожалению, такую подпись никто никогда не наблюдал. На это, как кажется, есть несколько причин:

1. Раскаленный, испускающий рентгеновское излучение газ движется вокруг черной дыры настолько турбулентно и хаотично, что плотные сгустки могут сохраняться лишь на протяжении одного или малого числа оборотов, но не дольше.

2. Если даже несколько сгустков и сохраняются достаточно долгое время и выдают подписи черной дыры, турбулентное рентгеновское излучение остального турбулентного газа, очевидно, хоронит эти свидетельства.

3. Если Cyg Х-1 в действительности черная дыра, то, как показывают математические расчеты, большая часть рентгеновского излучения должна излучаться достаточно далеко от ее горизонта — с окружностей примерно в 10 и более раз больше критической, где просто излучающий рентген объем гораздо больше. На таких больших расстояниях от черной дыры предсказания общей теории относительности и ньютоновской теории тяготения приблизительно одинаковы, и поэтому, если бы и были импульсы от вращающихся сгустков, они бы не несли в себе отчетливой подписи черной дыры.

По причинам, аналогичным изложенным, астрономы, возможно, никогда не смогут обнаружить подписи, удостоверяющей черную дыру в электромагнитных волнах любого типа, исходящих из ее окрестностей. К счастью, существуют блестящие перспективы для подписи совершенно другого типа: подписи, переносимой гравитационными волнами. Мы к этому еще вернемся в главе 10.

* * *

Золотой век теоретических исследований черных дыр (глава 7) совпал с поиском черных дыр, а также с открытием и расшифровкой природы Cyg Х-1. Поэтому, казалось, можно было ожидать, что молодежь, доминировавшая в Золотом веке (Пенроуз, Хокинг, Новиков, Картер, Израэль, Прайс, Тьюкольски, Пресс и другие), будет играть ключевую роль в поисках черных дыр. За исключением Новикова, это оказалось не так. Приобретенные этими молодыми людьми таланты и знания, так же как и сделанные ими замечательные открытия, касающиеся вращения, пульсации и безволосости черной дыры, имели отношения к поиску и расшифровке Cyg Х-1. Все могло бы быть по-другому, если бы Cyg Х-1 имел однозначную подпись, удостоверяющую его как черную дыру. Но ее не было.

• Предыдущая
• 81/163
• Следующая