Агония чёрной дыры

Земные радиотелескопы зарегистрировали сверхмощный импульс радиоволн из глубины Вселенной. По мнению астрономов, они могли стать свидетелями гибели чёрной дыры. Но не исключено, что они пронаблюдали её рождение.

Согласно Общей теории относительности Эйнштейна чёрная дыра – вечное образование, которое, родившись однажды способно увеличиваться в размерах, засасывая внутрь вещество из окружающего пространства. Эти представления, тем не менее, входят в противоречие с фундаментальной теорией строения вещества на микроскопическом уровне – квантовой механикой. Как стало понятно в середине 1970-х годов, за счёт квантовых эффектов чёрные дыры должны излучать свет, постепенно теряя массу.

Чёрная дыра

область пространства-времени, за границу которой, согласно Общей теории относительности Эйнштейна, не может выйти свет или какой-либо иной сигнал. Поверхность, отделяющая чёрную дыру от остальной части Вселенной, называется горизонтом событий.

По современным представлениям, в чёрные дыры превращаются звёзды больших масс (несколько десятков масс Солнца) в конце своей эволюции после взрыва Сверхновой. Кроме того, в центрах большинства галактик, включая нашу, находятся сверхмассивные чёрные дыры массой в миллионы и миллиарды солнц. Они выросли из небольших чёрных дыр в результате захвата вещества (аккреции) - газа и звёзд - из окружающего пространства.

Кроме того, во Вселенной могло сохраниться большое число реликтовых чёрных дыр небольших масс, образовавшихся в первые мгновения после Большого взрыва.

Это излучение принято называть хокинговским испарением, по имени знаменитого британского физика Стивена Хокинга, впервые описавшего это излучение в 1974 году (он, впрочем, основывался на работах израильтянина Якова Бекенштейна и советского учёного Якова Борисовича Зельдовича). Удивительно, что чем меньше масса чёрной дыры, тем ярче она светит. Светится же она как раз за счёт потери массы, так что со временем источник становится только ярче и ярче. Если поначалу процесс можно назвать испарением, то под конец для его описания лучше подходит термин «взрыв».



Возможно, именно такое взрывное испарение и удалось пронаблюдать команде американских и австралийских астрономов под руководством Дункана Лоримера из Университета Западной Виргинии. Их результаты опубликованы в последнем выпуске журнала Science Express.

На странную вспышку обратил внимание студент Лоримера Давид Наркевич, просматривая архивные данные обзора неба, выполненного ещё в 2001 году на телескопе имени Паркеса в Австралии. Обзор был задуман для поиска пульсаров – периодических вспышек радиоизлучения от далёких нейтронных звёзд, и очень короткую вспышку длительностью в 5 миллисекунд поначалу никто не заметил.

Однако вспышка была невероятно яркой по радиоастрономическим меркам, и учёные решили её детально исследовать. Поначалу они предположили, что источник находится где-то в Малом Магеллановом облаке – одном из ближайших спутников нашей Галактики. Во время наблюдений огромная «тарелка» телескопа Паркеса была направлена в сторону Магеллановых облаков. Чтобы оценить расстояние точнее учёные воспользовались так называемым эффектом дисперсии: в межзвёздной и межгалактической плазме радиоволны более высокой частоты распространяются чуть быстрее низкочастотных сигналов. Так что новости в космосе слушать в FM-диапазоне, а не на средних волнах.

Посчитав соответствующее задержке расстояние, учёные пришли к ошеломляющему выводу: источник находится на расстоянии в несколько миллиардов световых лет. А значит, его истинная светимость огромна.
«Вспышка, похоже, произошла в дальней Вселенной, - говорит Дункан Лоример. – Это может быть столкновением двух нейтронных звёзд или агонией испаряющейся чёрной дыры».

Ничего подобного наблюдать до сих пор не удавалось, говорит Мэтью Бэйлз из мельбурнского Университета Свинбурна: «Эта вспышка – совершенно новое астрономическое явление». По словам учёных, большинство прежних обзоров и не могли их найти, поскольку не могут заметить такие короткие события. Вместе с тем, по оценкам Лоримера и его коллег, каждый день на небе должны случаться несколько таких вспышек.

Нейтронные звёзды

конечный продукт эволюции звезды с массой от нескольких до нескольких десятков масс Солнца. В таких звёздах процесс термоядерного синтеза в ядре, который в Солнце закончится там же, где начался - на реакциях превращения водорода в гелий, продолжается вплоть до образования железа.

Железо представляет собой в некотором роде «оптимальный элемент», в ядре которого энергия связи в расчёте на один нуклон (протон или нейтрон) достигает максимального значения. В результате, энергетически невыгодно как синтезировать из него более тяжёлые элементы, так и делить его на более лёгкие. Поэтому ядерные реакции в центрах стационарных звёзд заканчиваются на образовании железа. Энергия больше не выделяется, звезда остывает и не в состоянии противостоять давлению гравитации. Происходит коллапс ядра, а её внешние слои отскакивают в окружающее пространство в виде сверхновой.

При массе ядра не более трёх масс Солнца (предел Оппенгеймера-Волкова), сжатие ещё можно остановить образованием нейтронной звезды, в которой все электроны «вжаты» в протоны. По сути, это грандиозное атомное ядро с плотностью значительно большей плотности его микроскопических собратьев (типичные массы нейтронных звёзд - от одной до трёх масс Солнца, а радиусы - десяток-другой километров). Впрочем, как раз микрофизическая сторона этого процесса понятна в меньшей степени, поэтому на исследования нейтронных звёзд с интересом смотрят не только астрономы, но и физики-ядерщики.

Помимо испарения чёрной дыры, вспышку могло вызвать и слияние двух нейтронных звёзд. В этом случае, скорее всего, чёрная дыра, наоборот, родилась. Вместе с тем, считается, что такое слияние должно сопровождаться короткой вспышкой энергичного гамма-излучения, а в данном случае ничего подобного зафиксировано не было.

Впрочем, и на гипотезу испарения чёрной дыры другие астрономы смотрят с сомнением. По словам Сергея Карпова из Специальной астрофизической обсерватории РАН, крайне сомнительно, чтобы энергия, излучаемая при испарении чёрной дыры, приходила в форме радиоволн. По теории Хокинга, энергию скорее будут уносить жёсткие фотоны гамма-излучения. Не нравится российскому астроному и форма кривой блеска, не похожая на то, что предсказывает теория.

Так или иначе, новое явление потребует своего объяснения, и астрономам предстоит немало работы. Например, природа подобных всплесков в гамма-диапазоне, обнаруженных ещё в конце 60-х годов, стала проясняться лишь спустя 30 лет.

© gazeta.ru / 2007-09-29