Всё, что движется. Прогулки по беспокойной Вселенной от космических орбит до квантовых полей - [127]

Масса и количество вращения, определенные по движению пробных тел для черной дыры, которая есть не тело, а пустота, расширяют, пожалуй, наши представления об этих атрибутах материи. Впрочем, их косвенные определения оказываются согласованными с нашей картиной мира: если в черную дыру некоторой массы падает кирпич, то масса черной дыры увеличивается на массу этого кирпича, и аналогично с количеством вращения. Характерная разница между тем, как черная дыра распоряжается массой, а как – количеством движения, состоит в том, что (не привлекая квантовых эффектов) у одной невращающейся черной дыры нельзя отобрать ни грамма массы. С количеством вращения иначе: его можно отобрать и передать каким-то удаленным от черной дыры объектам, пригодным, например, для полезного использования. Отобрать количество вращения у раскрученного маховика можно через приводной ремень или как-то иначе организованное трение, но черную дыру не за что «потянуть», а «вращающейся вещи» внутри нее нет. Тем не менее возможен своеобразный (пожалуй, и правда экстремальный) вариант гравитационного маневра для извлечения энергии вращения «без приводного ремня». Для этого нужно смело нырнуть внутрь эргосферы (см. рис. 6.29): там, как мы говорили, нельзя не вращаться, но оттуда можно вернуться, потому что эргосфера проходит на некотором расстоянии от внешнего горизонта (подлетать лучше всего в экваториальной плоскости, там зазор между эргосферой и горизонтом максимальный). Фокусы со временем внутри эргосферы приводят к тому, что энергия находящихся там тел может принимать отрицательные значения (не обязана, но может – в зависимости от скорости движения, причем главное – направление скорости)[150]. Эту особенность и можно эксплуатировать. Для этого прыгнувший в эргосферу должен использовать там наипростейший вариант реактивного двигателя. Требуется не создавать равномерную струю газа или света, а единовременно выбросить достаточно большой кусок вещества – скажем, всю ступень ракеты с двигателем (двигатель, использование которого сводится к акту его выбрасывания, – по-настоящему одноразовый). Успех трюка критически зависит от прицеливания: эту ступень следует направить так, чтобы именно ее энергия стала отрицательной (это возможно!). Однако энергия выброшенной ступени в сумме с энергией оставшегося командного отсека сохраняется, как и полагается энергии; и если энергия ступени стала отрицательной, то появляется компенсирующая положительная прибавка к энергии движения командного отсека. (Энергия, взятая из каких-то запасов на борту для отбрасывания нижней ступени, может быть при этом очень мала, и ее можно вообще не учитывать.) В результате командный отсек успешно (по геодезической! никаких двигателей ведь не осталось) вылетает из эргосферы, сохраняя часть полученной прибавки к своей энергии. Черная дыра оставила себе отрицательный вклад в энергию, который она списывает на уменьшение количества вращения и массы. Если корабли целого флота космических тунеядцев прыгают внутрь эргосферы один за одним, то притормозить вращение черной дыры они смогут до полной ее остановки, что означает превращение ее в невращающуюся (как мы теперь можем говорить – шварцшильдову) черную дыру[151].

Едва ли Шварцшильд мог предвидеть, сколь уверенно в космосе «пропишутся» необычные объекты из открытого им класса. В 2020 г. половина Нобелевской премии по физике была присуждена «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей Галактики». Нобелевский комитет проявил осторожность в формулировке и не употребил словосочетание «черная дыра», видимо, потому, что, строго говоря, не доказано, каким именно решением уравнений Эйнштейна описывается этот объект, но, по всеобщему убеждению, это сверхмассивная черная дыра. Она носит красивое имя Стрелец A^* (а-со-звездочкой) и имеет массу в четыре с лишним миллиона масс Солнца. Для невращающейся черной дыры это означало бы радиус горизонта около 12 700 000 км (менее одной десятой расстояния от Земли до Солнца), что не так уж много в мире сверхмассивных черных дыр, живущих в центрах галактик: для M87^* – центральной черной дыры в галактике M87 (см. рис. 3.13) – это 19 000 000 000 км (более ста расстояний от Земли до Солнца)[152]. Знания о «нашей» черной дыре почерпнуты в первую очередь из движения – разумеется, не самой невидимой черной дыры, а звезд вокруг нее. За несколько десятилетий наблюдений удалось проследить за звездами, которые обращаются «вокруг пустоты» (см. рис. 7.12). Из анализа их орбит и найдена масса центрального объекта. С момента предсказания существования Нептуна по движению Урана прошло полтора с лишним столетия, и методы как наблюдений, так и предсказаний на основе наблюдений не стояли на месте; но, в противоположность случаю Нептуна, оценкам на этот раз подлежат свойства центрального объекта! Из измерения расстояний и скоростей звезд получается надежная оценка для его массы. Одна из звезд, получившая название S0-2, в точке своего максимального приближения к центру находится от него на расстоянии всего в 17 световых часов. Это сравнимо с расстоянием (12 с лишним световых часов), на которое в Солнечной системе успел улететь «Вояджер-1»; это в четыре раза дальше, чем находится от Солнца Нептун, который совершает оборот вокруг Солнца за 185 лет, но звезда S0-2 оборачивается вокруг черной дыры за 15 с половиной лет (а S0-102 – за 11 с половиной). Поэтому ее орбиту уже удалось проследить целиком: она совершила полный оборот на наших глазах, под неустанным наблюдением – и у нее уже заметен «эффект Меркурия», т. е. прецессия орбиты. S0-2 движется с орбитальной скоростью около 5000 км/с; высокие скорости, собственно говоря, и делают возможным эту удивительную ситуацию, где звезды в некотором роде играют роль планет, а смену их расположения из-за орбитального движения можно за не такое уж длительное время увидеть в телескоп