Вокруг Света 2003 № 09 (2756) - [17]

Самые парадоксальные массивные черные дыры

За последние годы окрепла убежденность в наличии массивных черных дыр (с массой от миллиона до миллиарда солнечных) в центрах многих галактик. Но вот то, как они там оказались, совершенно не ясно. Чтобы понять это, необходимо собрать как можно больше информации о процессах, проходящих в ближайшей окрестности подобной черной дыры. И здесь ученым на помощь приходит Природа. Если черная дыра находится в центре галактики с большой плотностью вещества, то это вещество начинает «засасываться» черной дырой. При этом гравитационные силы настолько велики, что заставляют падающее вещество излучать. Именно это излучение и выдает присутствие черных дыр. Интересный парадокс: черные дыры, оказывается, могут быть самыми яркими объектами во Вселенной! Именно наличие мощнейшего излучения во всем диапазоне длин волн (от радио до гамма), идущего из центра многих галактик, и заставляет думать о том, что там находятся огромные черные дыры. Уже обнаружены звезды, расположенные близко от черных дыр и очень быстро вокруг них вращающиеся. Почему же излучение в рентгеновском диапазоне информативнее наблюдений в видимом спектре, при помощи обычных телескопов? Согласно законам электродинамики, чем с большим ускорением движется заряженная частица, тем более энергичные кванты света она испускает. Но ускорение тем больше, чем ближе частица к черной дыре. Следовательно, более энергичные фотоны прилетают к нам из непосредственной окрестности черной дыры. А исследуя спектральный состав излучения, можно оценить массу черной дыры, ее заряд и скорость вращения. Теоретики предсказывают, что черные дыры способны не только поглощать окружающую их материю, но и излучать частицы всех сортов (так называемое «Хоукинговское квантовое испарение»). Для массивных черных дыр это излучение крайне мало, но чем меньше масса черной дыры, тем больше его интенсивность и энергия вылетающих из нее частиц. Чем меньше черная дыра, тем лучше ее видно! Но раз объект излучает энергию, его масса должна уменьшаться. Причем черная дыра излучает со временем все интенсивнее, поскольку, испаряясь, уменьшается. Этот процесс заканчивается мощнейшим всплеском излучения частиц всех сортов. Фотоны, являясь полноправными квантами, также излучаются, и вполне возможно, что некоторые фотоны, прилетающие на Землю, являются посланцами небольших черных дыр.

Самые большие джеты

Джеты (буквально – струи) сопутствуют жизнедеятельности массивных черных дыр в центрах галактик. Но поскольку они сами являются источниками рентгеновского излучения, о них стоит поговорить отдельно.

Например, ядро хорошо изученной активной галактики Центавр A образует мощный джет, состоящий из частиц высоких энергий. Видимый размер джета – примерно 4 000 световых лет. Джет испускается массивной черной дырой, находящейся в центре галактики. Большая часть рентгеновского излучения генерируется при его столкновении с межзвездным газом. С помощью обсерватории «Чандра» астрономы сделали два открытия в далеком квазаре PKS 1127-145: обнаружили огромный рентгеновский джет протяженностью более миллиона световых лет, а также рентгеновское затенение, вызванное галактикой, расположенной между Землей и квазаром. Эти два результата дают новую информацию о сверхмассивной черной дыре в центре квазара, а также о содержании кислорода в далекой галактике. Джет является следствием взрывной активности, произошедшей 10 млрд. лет назад вблизи центральной черной дыры квазара. Этот джет хорошо виден в рентгеновском диапазоне потому, что составляющие его частицы, сталкиваясь с реликтовыми фотонами, передают им часть энергии, превращая их в мягкие гамма-кванты. Размер джета и его неоднородность говорят о том, что активность сверхмассивной черной дыры была довольно длительной и перемежающейся, возможно, вследствие слияния других галактик с родной галактикой квазара.

Другой результат, полученный при исследовании этого же квазара, – затенение в рентгеновских лучах, вызванное промежуточной галактикой. На своем пути к Земле рентгеновские лучи от квазара PKS 1127-145 проходят через галактику, расположенную на расстоянии около 4 млрд. световых лет от Земли, атомы различных элементов в этой галактике поглощают часть рентгеновских лучей и тем самым ослабляют их поток. Измерив величину поглощения, астрономы смогли определить, что количество кислорода в затеняющей галактике составляет только 20% от наличия его в нашей Галактике – Млечном Пути. Это очень интересное открытие позволяет оценить динамику накопления различных элементов таблицы Менделеева в спиральных галактиках, поскольку обработанные данные соответствуют периоду 4 млрд. лет назад. Согласно современным представлениям такие элементы, как кислород, кремний и сера, нарабатываются внутри звезд во время термоядерного нуклеосинтеза и рассеиваются при взрывах звезд. Со временем благодаря взрывному уничтожению части звезд галактики обогащаются кислородом и другими элементами, необходимыми для возникновения планет и существования жизни. То, что далекая галактика содержит мало кислорода, подтверждает эту картину. Так смерть звезд является условием появления людей.