Невидимые звезды

Как мы уже отмечали, во Вселенной есть звезды, масса которых значительно превышает предельную массу стабильных нейтронных звезд. И не существует сил, способных сдержать гравитационный коллапс такой структуры. Гравитационная сила - самая слабая из известных нам сил, действующих в природе, но вместе с тем она обладает гораздо большим радиусом действия, чем, например, сила ядерного взаимодействия. Объект, достигший стадии гравитационного коллапса, сжимается, пока не достигнет бесконечной плотности.

Явление гравитационного коллапса звезд столь необычно, что вызывает сегодня огромный интерес. На основании теории относительности немецкий астрофизик Карл Шварцшильд еще в 1916 г. сделал вывод, что в процессе сжатия звезда достигает некоего критического размера (получившего название гравитационного радиуса, или радиуса сферы Шварцшильда), после чего уже ничто не может воспрепятствовать ей завершить коллапс. Значение этого радиуса зависит от массы звезды. Так, для объекта с массой, равной массе Солнца, радиус сферы Шварцшильда равен 6 км. Наша Земля, чтобы достигнуть критического радиуса, должна сжаться в шар радиусом 44 мм.

Как же представляется коллапсирующая звезда удаленному наблюдателю? По мере приближения размеров сжимающейся звезды к радиусу Шварцшильда ее излучение со все большим трудом проникает во "внешний мир". Когда же объект достигает гравитационного радиуса, он вообще перестает существовать для внешнего наблюдателя. Поэтому данные объекты и называют черными дырами. Яркость объекта здесь очень быстро падает прежде всего из-за возрастающего гравитационного (релятивистского) красного смещения: если, например, вблизи сферы Шварцшильда имеет место чрезвычайно жесткое гамма-излучение, то вследствие красного смещения частота квантов излучения понижается настолько, что до наблюдателя оно доходит лишь в виде длинноволнового радиоизлучения.

Представим теперь некоего гипотетического наблюдателя, который рассматривает коллапсирующую звезду не извне, а находясь непосредственно на ее поверхности. Он видит картину коллапса совершенно иначе. Как показывают теоретические расчеты, при прохождении сферы Шварцшильда этот "наблюдатель" обнаруживает нечто в высшей степени удивительное: пространство в момент пересечения объектом сферы критического радиуса искривляется столь странным образом, что в принципе исчезает возможность возвращения в ту область пространства, которую наблюдатель только что покинул. Теперь он неуклонно падает к центру звезды. Согласно некоторым теоретическим предположениям, сколлапсировавшая звезда просто "исчезает из этого мира". При этом в любое время возможно попасть в такой объект извне, но ничто, "находящееся" там не способно проникнуть во "внешний мир". Теоретически можно считать, что объект как бы оказывается в "другой вселенной", не имеющей никакой связи с нашей.

После того как астрономические наблюдения дали столь убедительные подтверждения теории белых карликов и нейтронных звезд, астрофизики по вполне понятным причинам принялись за поиск черных дыр во Вселенной. Но как это следует делать?

Никакой информации в виде электромагнитных волн от таких сколласировавших объектов поступать к нам не может. Однако черные дыры должны оказывать мощное гравитационное воздействие. Поэтому, обладая движением, которое свойственно черной дыре, как и всем другим звездам, она должна когда-то в конце концов попасть на створ луча какой-либо звезды. Какова вероятность обнаружить подобное событие? Очевидно, ничтожна, тем более если учесть, что целенаправленный поиск в данном случае исключен. Другая возможность обнаружить черные дыры заключается в выявлении "дефицита" масс в энергетическом балансе галактик. Однако надежность такого метода очень мала, поскольку на основании самого факта "дефицита" масс нельзя еще сколько-нибудь достоверно судить о причине отсутствия масс.

Возможности существования стабильных космических объектов: планеты, белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. По оси ординат отложены радиусы объектов (в единицах как земного, так и солнечного радиуса), по оси абсцисс - массы (в единицах массы как Земли, так и Солнца)

Остается еще одна возможность, которая кажется более обещающей: высокий процент присутствия во Вселенной двойных звезд. По-видимому, у некоторых из них одна из компонент может быть черной дырой. Такая "соседка" вследствие огромного гравитационного воздействия должна поглощать вещество другой звезды и генерировать мощное рентгеновское излучение, поскольку вещество в результате сжатия разогревается до колоссальных температур. Поэтому следовало бы предпринять поиски систем двойных звезд, у которых наблюдается лишь одна компонента и которые вместе с тем служат источниками интенсивного рентгеновского излучения. Однако до сих пор подобные поиски остаются безуспешными. А существуют ли вообще черные дыры?

На этом мы заканчиваем рассказ об астрофизических исследованиях небесных объектов. История развития наших знаний об эволюции звезд не оставляет сомнений в том, что в обозримом будущем мы сможем еще глубже проникнуть в их тайны. Смелые теоретические концепции и новые технические средства - вот наши неоценимые помощники на этом нелегком пути.

Туманность Андромеды - объект NGC 224 (или М 31)