Лекция-3

3.6. Чёрные дыры и возможность их обнаружения

Чёрная дыра – это настолько массивный объект, что сила его гравитаци-

онного притяжения не позволяет оторваться от него не только другим телам,

но и свету, излучаемому этим объектом. Поэтому для внешнего наблюдателя такой объект воспринимается как всё поглощающий и ничего не излучаю-

щий, т.е. как абсолютно чёрное тело.

При таких чудовищных гравитационных полях механика Ньютона не применима. Описание свойств чёрных дыр возможно только в рамках общей теории относительности. Но сама возможность существования объектов типа чёрных дыр следует уже из Ньютоновской теории. Чтобы показать это,

воспользуемся понятием второй космической скорости 2 . Напомним, что вторая космическая скорость для тела массой М и радиусом R – это та ско-

рость, которую необходимо сообщить некоторому пробному телу, чтобы оно могло преодолеть гравитационное притяжение данной массы и улететь сколь угодно далеко от неё. В случае чёрной дыры 2 должна быть не меньше ско-

рости света: 2 2GMR = С (где С - скорость света), откуда следует, что

гравитационный коллапс наступает при R= rg 2GM C2 . Величину rg назы-

вают гравитационным радиусом.

Ещё в 1795 году Лаплас писал: Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящих-

ся тел по этой причине являются невидимыми . Таким образом, за 120 лет до создания общей теории относительности Лаплас предвосхитил возможность существования чёрных дыр – объектов, удерживающих своим гравитацион-

ным полем даже свет.

33

Чёрные дыры могут образовываться на заключительных стадиях эволю-

ции звёзд, если их масса превосходит некоторую критическую массу Мкр

равную примерно удвоенной массе Солнца. Другими словами, если звезда обладает массой М Мкр, то никакая сила внутреннего давления звезды не сможет остановить её сжатия, прежде чем радиус звезды достигнет величины rg . Среди звёзд есть много таких, масса которых во много раз превышает массу Солнца. В одной только нашей Галактике, возможно, имеется около одного миллиарда чёрных дыр, являющихся останками проэволюциониро-

вавших, т.е. «умерших» звёзд. Можно сравнить чёрные дыры с «захороне-

ниями» некогда светившегося звёздного вещества.

Можно ли обнаружить чёрную дыру? Всё, что остаётся от чёрной дыры во внешнем мире, - это её гравитационное поле. Это поле воздействует на окружение чёрной дыры, будь то газ, пыль или соседние звёзды. В качестве зонда, наблюдая за которым, учёные надеются обнаружить чёрную дыру,

был выбран межзвёздный газ. Падая на чёрную дыру, под воздействием её гравитационного поля, газ нагревается и излучает электромагнитные волны

(в основном рентгеновского диапазона), т.е. как бы «кричит», прежде чем исчезнуть в дыре, о том, что с ним приключилось. Порождаемые при этом электромагнитные волны ещё способны ускользнуть из «лап» дыры и могут свидетельствовать о её наличии в данной области пространства.

34