1 год назад
Нету коментариев

В 1964 г. советскими астрофизиками был указан еще один способ поиска черных дыр. Для того чтобы его разъяснить, ответим сначала на вопрос, почему свети­мость газа, падающего в черную дыру, относительно не­велика. Дело в том, что в межзвездном пространстве плотность газа невелика и, следовательно, его мало па­дает на черную дыру. А могут ли осуществляться в Га­лактике условия, когда газа падает гораздо больше?

Оказывается, да — такие условия могут осущест­виться, если, например, черная дыра входит в состав, очень тесной двойной системы, где вторая компонента является «нормальной» звездой-гигантом. В этом случае газ из оболочки «нормальной» звезды под действием тяготения компаньона будет мощным потоком к нему перетекать. Мы уже говорили об этом процессе, когда обсуждали рентгеновские пульсары в двойных звездных системах.

Газ в такой двойной системе не сможет просто упасть к черной дыре: из-за наличия орбитального дви­жения он закручивается, образуя вокруг черной дыры диск. Вследствие трения слоев газа происходит его ра­зогрев до температуры 106К еще до того, как он прова­лится в черную дыру. При такой температуре газ испу­скает рентгеновские лучи.

Следовательно, черные дыры следует искать как рентгеновские источники в составе тесных двойных звездных систем — таково было предсказание советских астрофизиков еще в 1964 г.

Для поиска рентгеновских источников на небе необ­ходим вывод рентгеновских телескопов за пределы зем­ной атмосферы, а для длительных наблюдений рентге­новский телескоп должен быть установлен на борту спутника (полет ракеты ведь очень непродолжителен). С помощью такого телескопа, установленного на спут­нике «Ухуру», были открыты в 1972 г. рентгеновские источники в составе нескольких двойных звездных си­стем. Они-то и были подвергнуты подробному изуче­нию, в частности, с помощью аппаратуры, установлен­ной на советских спутниках и пилотируемых космиче­ских кораблях.

Мы не будем здесь подробно описывать эти откры­тия и их интерпретацию, так как этому была целиком посвящена отдельная брошюра данной серии. Остано­вимся лишь только на одном из них, имеющем непо­средственное отношение к обсуждаемой здесь проблеме.

Отметим прежде всего, что те рентгеновские источ­ники в двойных системах, которые являются строго пе­риодическими пульсарами, заведомо не могут быть чер­ными дырами. Это вращающиеся нейтронные звезды. Такие звезды обладают магнитным полем, и магнитные полюса не совпадают с полюсами оси вращения звез­ды. Газ падает на магнитные полюса вдоль магнитных силовых линий, и в результате возникает направленное рентгеновское излучение. Вращение же делает эти объекты как бы вращающимися рентгеновскими прожекто­рами. Но у черной дыры, как мы видели, нет каких-ли­бо «активных пятен» на поверхности, и она не может приводить к явлению «прожектора». Сгустки горячего газа в газовом диске вокруг черной дыры, вращаясь во внутренних областях, могли бы дать периодические вспышки. Однако довольно быстро этот период должен сильно измениться — ведь сгусток не прикреплен к че­му-то жестко вращающемуся, а из-за трения постепенно должен приближаться к звезде (в результате период об­ращения уменьшается).

Таким образом, черные дыры должны находиться среди рентгеновских источников в двойных системах, не являющихся пульсарами. Отметим прежде всего, что эти источники не могут быть обычными звездами. Ведь для того чтобы газ нагрелся до температуры, достаточ­ной для рентгеновского излучения, гравитационное поле, в котором он движется, должно быть очень велико. Та­кими полями обладают только компактные (сжавшие­ся) «умершие» звезды: белые карлики, нейтронные звез­ды или черные дыры. Но как выделить именно черные дыры среди «умерших» звезд?

Мы знаем, что надежным критерием этого является измерение массы. Если масса «умершей» звезды боль­ше критического значения 2 Мс, то это — черная дыра. Массу же «умершей» звезды можно измерить по орби­тальному движению звезд в двойной системе. И вот оказалось, что из двойных рентгеновских источников по крайней мере один обладает массой, значительно боль­шей критического значения. Это источник Лебедь Х-1.

«Нормальная» видимая звезда в этой двойной систе­ме является массивной звездой с массой около 20 М^ «Умершая» звезда, из окрестностей которой идет рент­геновское излучение, имеет массу около 10 Мс. Это на­много больше критического значения. Многочисленные новые исследования делают этот результат все более надежным. Мы можем поэтому с большой степенью до­стоверности сказать, что в системе, в которую входит источник Лебедь Х-1, вероятно, открыта первая черная дыра во Вселенной.

Рассмотрим несколько подробнее процессы, происхо­дящие в этой системе. Компоненты этой системы обра­щаются вокруг центра масс с периодом 5, 6 суток. Тя­готение черной дыры массой около 10 Мс заставляет газ из атмосферы «нормальной» звезды-гиганта массой около 20 Мс течь к черной дыре.

Этот газ закручивается орбитальным движением, и центробежные и гравитационные силы сплющивают его в тонкий диск. Струи газа из-за трения соседних слоев движутся вокруг черной дыры по сходящейся к центру спирали. Однако скорость движения к центру намного меньше, чем скорость движения по орбите. Только через месяц газ достигает внутреннего, ближайшего к черной дыре края диска. Здесь, как мы знаем, орбитальное движение становится неустойчивым, и газ сваливается в черную дыру.

За все время путешествия в диске газ нагревается трением: в наружных слоях диска его температура все­го (2—3) • 104 К, а во внутренних частях — больше 107К. Общая рентгеновская светимость газа в тысячи раз пре­восходит полную (во всех областях спектра) свети­мость Солнца. Основная часть рентгеновского излуче­ния, которая наблюдается на Земле, приходит из самых внутренних частей диска радиусом, не превышающим 200 км. Размер самой черной дыры около 30 км.

Еще одним очень важным доказательством, что рент­геновское излучение в источнике Лебедь Х-1 рождается в очень малой области вблизи черной дыры, являются чрезвычайно быстрые хаотические колебания рентгенов­ского излучения, происходящие за тысячные доли се­кунды. Если бы излучающий объект был большим, он бы не мог столь быстро изменять свою яркость.

Таков этот удивительный источник рентгеновских лучей, находящийся от нас на расстоянии около 2 кпс. Поиски объектов, аналогичных Лебедю Х-1, где с до­статочной уверенностью можно было бы говорить о на­личии черных дыр, пока не привели к успеху. Но эта задача настолько важна, что поиски черных дыр интен­сивно продолжаются.

comments powered by HyperComments