«Если», 1999 № 01-02 - Рауль Кабеза Де Вака

«Классическая» черная дыра, полностью изолированная от остальной части Вселенной, должна существовать вечно. Иное дело «светящаяся» черная дыра — теряя энергию в соответствии с механизмом, указанным Хокингом, она в конце концов должна будет полностью испариться.

Правда, время жизни такой черной дыры сильно зависит от ее массы. Например, черная дыра с массой, равной солнечной, просуществует 1066 лет, т. е. практически вечно. Другой будет судьба черных дыр с малой массой. По расчетам Хокинга, гигантские флуктуации плотности в первые моменты после Большого Взрыва могли привести к возникновению черных мини-дыр микроскопических размеров, например, с радиусом порядка 10-13 см и массой 1012 кг. Температура такой первичной черной дыры составляла бы 1011 градусов, а мощность испускаемых ею электронов, фотонов и других частиц — примерно 6 миллионов кВт, как у самых крупных современных гидроэлектростанций.

Время жизни микроскопической черной дыры будет небольшим, и ее существование завершится взрывным выбросом остатков ее массы и энергии. По некоторым оценкам, энергия, которая должна выделиться при таком взрыве, эквивалентна взрыву 10 миллионов водородных бомб мощностью в одну мегатонну тротилового эквивалента каждая. По другим оценкам, эта энергия должна быть намного больше.

Астрофизикам очень хочется наблюдать процесс такого взрыва. Наблюдение за этим гипотетическим процессом несомненно обогатило бы физику новыми, совершенно нетривиальными знаниями. Единственное условие, взрыв должен произойти подальше от Земли. Близкий взрыв был бы смертельно опасен для всего живого — мощность возникающего при этом жесткого гамма-излучения достигает многих тысяч мегаватт.

А КАК НАСЧЕТ БЕЛЫХ ДЫР?

Уравнения общей теории относительности, из которых следует возможность существования черных дыр, симметричны по отношению к направлению хода времени. Эти уравнения можно использовать для расчета процессов, направленных в будущее, но точно так же и для процессов, направленных в противоположную сторону, т. е. в прошлое.

Черные дыры образуются в результате коллапса — гравитационного схлопывания вещества, которое затем оказывается скрытым за горизонтом событий. Нельзя ли предположить, что при обратном ходе времени процесс коллапса пойдет в противоположном направлении, т. е. возникнет объект, не поглощающий, а выбрасывающий вещество? Такой объект логично назвать белой дырой.

По мнению теоретиков, существование белых дыр могло бы объяснить некоторые космические явления, сопровождающиеся большим выделением энергии: квазары, феномен «взрывающихся галактик» и другие. Эти проблемы исследовал отечественный астрофизик И. Д. Новиков, который предположил, что белые дыры могли бы возникнуть в первые минуты существования нашей Вселенной после Большого Взрыва, когда плотность вещества была экстремально высока.

Но есть и другие процессы, которые могут приводить к возникновению белых дыр. Если в какой-либо другой Вселенной происходит схлопывание, коллапс вещества в черную дыру, то в нашей Вселенной это может привести к возникновению белой дыры. Этот гипотетический эффект — следствие симметрии уравнений теории Эйнштейна относительно времени. Если такой эффект соответствует реальности, то он хорошо укладывается в концепцию множественности миров, которые существуют полностью изолированно друг от друга, а единственный способ контакта между ними состоит в использовании этого весьма экзотического канала, образованного парой черной и белой дыр.

Однако последующие более обстоятельные исследования этой проблемы привели теоретиков к выводу, что белых дыр в нашей Вселенной, скорее всего, нет.

СУЩЕСТВУЮТ ЛИ ЭТИ ОБЪЕКТЫ?

У теоретиков этот вопрос сомнений не вызывает: черные дыры обязательно должны существовать. Но решающее слово принадлежит наблюдателям. А у них уверенности значительно меньше: обнаружение черных дыр — задача не из простых.

Один из способов решения этой задачи — использование эффекта гравитационной линзы. Из теории относительности следует, что луч света, проходя вблизи массивного тела, будет испытывать отклонение. Черная дыра, размеры которой относительно невелики, а масса, напротив, весьма значительна, в состоянии сфокусировать лучи света, идущие от расположенного за нею источника. В зависимости от того, как расположены относительно друг друга этот источник, черная дыра и наблюдатель, регистрируемое изображение источника будет иметь разную форму — кольца, двух полумесяцев, сдвоенное изображение и т. п.

И действительно, в одном случае наблюдается сдвоенное изображение одного и того же квазара. Однако роль гравитационной линзы при этом играет, скорее всего, массивная галактика, лежащая на пути идущего к нам от этого квазара света. Но возможны и иные случаи.

Еще один способ обнаружения черных дыр — по их сильному воздействию на другие звезды, находящиеся поблизости. Черные дыры должны заметным образом искажать траекторию этих звезд. А сами черные дыры должны проявлять себя как мощные и компактные источники излучения.

В настоящее время астрофизики называют целый ряд таких источников, которые, возможно, и являются черными дырами. Один из них — мощный источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя — Лебедь Х-1. Он совпадает с горячим голубым сверхгигантом, который представляет собой двойную звезду. Один компонент этой системы — видимая звезда с массой, в 20–30 раз превышающей солнечную. Масса невидимого компонента с периодом обращения около 6 земных суток превышает солнечную на порядок, т. е. значительно больше предела, установленного для белых карликов и нейтронных звезд. С большой степенью вероятности можно считать, что этот объект и является черной дырой.

Высказана и такая гипотеза: черный спутник может быть и у нашего Солнца. Судя по данным некоторых астрофизических наблюдений, Солнечная система в целом испытывает небольшое ускорение, которое можно объяснить влиянием массивного невидимого тела. Этим телом может быть черная дыра с массой, значительно превышающей массу Солнца, находящаяся от него на расстоянии 9000 астрономических единиц.

МОГУТ ЛИ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ ПРИГОДИТЬСЯ НА ПРАКТИКЕ?

Прочитав этот вопрос, кое-кто из читателей, возможно, усмехнется: ну для чего понадобятся эти ни с чем не сходные и крайне экзотические объекты? И ошибется. Высказано немало интересных предложений, как можно было бы использовать черные дыры для решения насущных прикладных задач.

Вот одна из таких идей: черную дыру, находящуюся неподалеку от Солнца, можно было бы использовать для снабжения Земли электроэнергией. Одна из технических реализаций этой идеи выглядит следующим образом. Допустим, что мини черную дыру удалось доставить на геостационарную орбиту, находящуюся на расстоянии 36 ООО км от поверхности Земли. Испускаемую этой черной дырой энергию можно преобразовать в микроволновое излучение, сфокусированный поток которого будет направлен на Землю. Нам останется только преобразовать его в электрический ток промышленной частоты.

(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});