Космические рубежи теории относительности - Кауфман Уильям - Страница 55

В заключение необходимо отметить, что приведенные здесь пары снимков, сделанных как космонавтами-смертниками, так и участниками «прыжка с отскоком», неполно характеризуют картину полётов. Чтобы не усложнять чрезмерно эти схемы, мы даже не пытались изобразить те многообразные и сложные искажения вида звёзд и галактик, которые должны были наблюдать космонавты. Кроме того, мы не стали характеризовать и те разнообразные и сложные явления красного и фиолетового смещения, с которыми при этом столкнулись бы космонавты. Однако в одной из следующих глав мы увидим, что существование на горизонтах событий весьма сильного фиолетового смещения света влечёт за собой важные и глубокие последствия.

13

НАБЛЮДЕНИЯ ЧЁРНЫХ ДЫР

Реальная возможность открытия чёрных дыр в космосе представляется на первый взгляд безнадёжной. Из чёрной дыры не может вырваться ничто - даже свет! Поэтому нелепо было бы предполагать, чтобы астрономы когда-нибудь смогли заметить в свои телескопы на небе чёрную дыру.

Из чёрной дыры ничто не может никогда вырваться, ибо её гравитационное поле очень сильно. Однако именно посредством своего поля чёрная дыра могла бы оказывать заметное влияние на движение соседних тел. Значит, не исключено, что чёрную дыру удастся обнаружить по необычному поведению видимых объектов, движущихся в её окрестности. Тогда речь шла бы о косвенном открытии чёрной дыры, а следовательно, пришлось бы приложить значительные усилия, чтобы исключить возможность истолкования данных наблюдений без привлечения идеи о чёрной дыре.

Значительную долю всех звёзд, которые наблюдаются на небе, составляют в действительности двойные звёзды. Как упоминалось в гл. 6, двойная звезда - это на самом деле две звезды, вращающиеся около их общего центра масс, как, например, обращаются около друг друга Земля и Луна.

Астрономы выясняют разными способами, не является ли данная звезда двойной. Во-первых, многолетние наблюдения могут показать, что две видимых по отдельности звёзды медленно движутся по небу вокруг друг друга. Такие звёзды называются визуально-двойными. Во-вторых, астроном может видеть только одну звезду из двух в двойной системе: вторая звезда нередко оказывается слишком слабой, чтобы её можно было разглядеть даже в телескоп. Но при изучении спектров такой, казалось бы, одиночной звезды астрономы замечают, как спектральные линии звезды строго закономерным образом сдвигаются то в одну, то в другую сторону. Это является ещё одним убедительным свидетельством того, что перед нами двойная система, хотя мы видим всего одну звезду. Когда видимая звезда движется в нашу сторону, линии её спектра немного сдвигаются в синюю сторону. Пройдя половину своей орбиты, видимая звезда станет удаляться от Земли, и её спектральные линии станут немного сдвинутыми в красную сторону. Тогда мы говорим о спектрально-двойной системе.

Бывает, что двойная звезда расположена таким образом, что одна из её составляющих проходит перед другой. В силу такой случайной ориентации орбит звёзд они при наблюдении с Земли поочередно затмевают друг друга. Даже если отдельные звёзды подобной пары увидеть невозможно, в момент затмения ближайшая из них будет заслонять часть света, идущего от более далёкой. Тогда земной астроном будет замечать временное ослабление общего блеска системы во время каждого затмения. В таком случае речь идет о затменной двойной системе.

Для астронома двойные звёзды важны потому, что часто можно рассчитать (или по крайней мере оценить) массы этих звёзд, проводя достаточно детальные наблюдения их движения. Как упоминалось в гл. 6, анализ наблюдения двойных звёзд привел к установлению соотношения масса-светимость (см. рис. 6.5), свидетельствующего о наличии прямой связи между массой и светимостью звёзд главной последовательности.

В начале 1960-х годов двум советским астрофизикам, Зельдовичу и Гусейнову, пришла в голову интересная мысль. Допустим, что одна звезда двойной системы - это чёрная дыра. Такая система не может быть визуально-двойной, ибо чёрная дыра невидима. Подобную систему, вероятно, нельзя обнаружить и как затменную двойную. Даже если орбиты будут в ней ориентированы точно так, как требуется, размеры чёрной дыры чересчур малы, чтобы экранировать заметную часть света видимой звезды. Но спектрально-двойной такая система может быть. При движении видимой звезды вокруг чёрной дыры спектральные линии будут смещаться то в красную, то в синюю сторону. Однако второй компонент спектрально-двойной системы может казаться невидимым просто потому, что он очень слаб. Чтобы исключить такое истолкование данных наблюдений, не привлекающих представлений о чёрной дыре, вспомним, что массивные звёзды обычно являются и самыми яркими. Поэтому, если анализ данных наблюдений спектрально-двойной системы покажет, что видимый компонент - это менее массивная звезда, то невидимый (более массивный) компонент может оказаться чёрной дырой.

Зельдович и Гусейнов проанализировали наблюдения спектрально-двойных за ряд лет. К сожалению, им не удалось сделать надёжный и строгий вывод о том, что в известных двойных системах существуют чёрные дыры.

В конце 1960-х годов новую попытку в том же направлении сделали Тримбл и Торн из Калифорнийского технологического института (США). Были проанализированы списки известных спектрально-двойных звёзд, в результате чего выявилось восемь возможных кандидатов. Во всех этих случаях невидимый компонент должен быть чрезвычайно массивным. Однако Тримбл снова пришел к заключению, что в каждом из выявленных случаев невидимая звезда не должна оказаться обязательно чёрной дырой. Отнюдь не исключено, что массивная невидимая звезда является обычной звездой, которая просто исключительно слаба по блеску. Поскольку объяснение данных наблюдений оказалось возможным и без привлечения чёрных дыр, уверенного вывода сделать не удалось. Обнаружить чёрные дыры в двойных системах казалось невозможным.

РИС. 13.1. Спутник «Ухуру». Этот спутник регистрировал рентгеновское излучение от звёзд и галактик. После запуска в декабре 1970 г. с помощью «Ухуру» выявлено почти 200 источников рентгеновского излучения на небе. (НАСА.)

В субботу 12 декабря 1970 г. с пусковой установки в Индийском океане у берегов Кении был запущен на околоземную орбиту искусственный спутник. Этот день совпал с днем седьмой годовщины провозглашения независимости Кении, и в качестве признания гостеприимства кенийского народа спутник (это был «Эксплорер-42») окрестили «Ухуру», что на языке суахили означает «свобода». В отличие от всех других ранее запускавшихся спутников единственной задачей «Ухуру» были исследования по рентгеновской астрономии (рис. 13.1 и 13.2). Два рентгеновских телескопа обследовали небо и посылали сигналы на Землю всякий раз, когда обнаруживали рентгеновский источник. Ещё до запуска «Ухуру» астрономы провели рентгеновские наблюдения с помощью небольших ракет. В те немногие секунды, когда ракета поднималась выше поглощающих нижних слоёв земной атмосферы, удалось обнаружить несколько рентгеновских источников, после чего вся аппаратура падала обратно на Землю. Но со спутника «Ухуру» можно было проводить длительные наблюдения на протяжении многих часов и дней.

РИС. 13.2. Оборудование спутника «Ухуру». Спутник снабжен двумя рентгеновскими телескопами; источником питания служат четыре солнечные батареи. При медленном вращении спутника вокруг оси его телескопы сканируют небесную сферу в поисках рентгеновских источников.

К 1974 г. был исследован и каталогизирован в общей сложности 161 рентгеновский источник. Некоторые из этих источников связаны с далекими галактиками на огромных расстояниях от нашей Галактики, другие же оказались сравнительно недалеко - на типичных звёздных расстояниях от нас. При этом не менее восьми из 161 источника находятся в двойных звёздных системах. Их список дан в табл. 13.1. Здесь через 3U обозначен «Третий каталог Ухуру», а последующие числа указывают приблизительное положение источника на небе. «Обычные названия» - это часто те, которые были даны источникам при наблюдениях до запуска «Ухуру», во время кратковременных запусков ракет.