Чёрные дыры

Распространено мнение, что не все сверхновые становятся нейтронными звёздами. Если звезда обладает достаточно большой массой, то сами нейтроны могут обрушиться внутрь и начнётся коллапс звезды, пока её радиус не станет меньше Шварцшильдовского. После этого звезда становится чёрной дырой.

Существование чёрных дыр было предсказано общей теорией относительности. Согласно ОТО материя и информация не может покидать чёрную дыру ни при каких условиях. Тем не менее, квантовая механика делает возможным исключения из этого правила. Существование чёрных дыр во вселенной подтверждено и теоретически, и посредством наблюдений.

Но, тем не менее, остаётся ряд открытых вопросов. Среди них: возможен ли коллапс звезды непосредственно в чёрную дыру, минуя сверхновую? Существуют ли сверхновые, которые впоследствии станут чёрными дырами? Каково точное влияние изначальной массы звезды на формирование объектов в конце её жизненного цикла?

7. Средства наблюдения объектов вселенной

Все сведения о космических объектах приносят на Землю различные излучения — электромагнитные вол­ны и потоки частиц. В XX в. родились радиоастрономия и нейтринная астрономия. Первым вестником объек­тов далеких миров был световой луч — электромагнит­ные волны в видимой части спектра излучения. Это не случайно: световое излучение воспринимается непос­редственно — невооруженным глазом.

Для наблюдения небесных тел пользуются специ­альными приборами — телескопами. Телескоп не уве­личивает звезды и не приближает их, как это иногда ошибочно утверждают, а собирает свет с помощью объектива — двояковыпуклой линзы или вогнутого зеркала. Простейшая труба Галилея собирала в 144 раза больше света, чем невооруженный глаз. Соору­женный в 1974 г. в нашей стране на Северном Кавка­зе, вблизи станицы Зеленчукской, один из крупней­ших в мире телескопов с диаметром зеркала 6 м соби­рает в миллион с лишним раз больше света. Это очень сложное уникальное техническое устройство, Состо­ит оно из 25 тыс. деталей. Труба телескопа длиной 24 м весит около 280 т. Телескоп оснащен разнообразной вы­сокочувствительной аппаратурой и комплексом элект­ронных вычислительных систем для наблюдений в со­ответствии с заданной программой и обработки полу­ченных результатов. В последнее время вступили в строй телескопы с диаметром зеркала 8, 10 и 11 м. Со­временные телескопы снабжены спектрографами для изучения спектра излучения, по которому опре­деляются химический состав и температура источни­ка излучения.

Завершается строительство крупнейшей в мире системы оптических телескопов Европейской южной обсерватории на горе Сьерро-Параналь в чилийской пустыне Атакама (ил. 5.3). По суммарной площади зер­кал эта система будет эквивалентна 17-метровому те­лескопу и по разрешающей способности примерно в десять раз превзойдет все современные телескопы.

Продолжается модернизация прославленной обсер­ватории Маунт Билсон (штат Калифорния}. На звезд­ную вахту встанут шесть телескопов, каждый с зерка­лом диаметром 1 м. Они будут расположены попарно по трем различным направлениям. Предполагается, что компьютерная обработка информации позволит полу­чить разрешение, доступное телескопу с зеркалом ди­аметром 400 м (это даже трудно себе представить!).

С появлением высокочувствительной радиоаппа­ратуры расширился диапазон исследования космичес­кого излучения. Радионаблюдение Вселенной не зави­сит от времени суток и погодных условий. Источника­ми космического радиоизлучения являются многие объекты Вселенной, в которых протекают бурные физи­ческие процессы. Принципы действия радиотелеско­па и оптического телескопа во многом совпадают. Однако функцию объектива, собирающего космичес­кое излучение в радиотелескопе, выполняют огромные антенны специальной формы. Один из крупнейших отечественных радиотелескопов (РАТАН) построен в 1977 г. в 40 км от 6-метрового оптического телескопа. Его кольцевая антенна диаметром 600 м состоит из 895 алюминиевых щитов-зеркал, каждый из которых мо­жет поворачиваться вокруг горизонтальной и верти­кальной осей, что позволяет наводить радиотелескоп на разные участки звездного неба.

Еще один вестник Вселенной — инфракрасные лучи. По длине волны они занимают промежуточное место между радиоволнами и видимым светом. Инф­ракрасные лучи обладают отличительным свойством: они проходят сквозь космическую пыль и межзвезд­ный газ. Человеческий глаз не воспринимает инфра­красное излучение, нечувствительны к нему и обыч­ные фотопластинки, поэтому при фотографировании космических объектов в инфракрасном диапазоне применяют специальные фотоматериалы и электрон­но-оптические преобразователи.

Из глубин Вселенной поступают еще два вида сигналов: ультрафиолетовые и рентгеновские лучи. Для этих видов коротковолнового излучения земная атмосфера является препятствием. Такое излучение стало доступным для изучения лишь при появлении ракетной и космической техники. С помощью прибо­ров, установленных на борту космических аппаратов, удалось получить, например, ультрафиолетовый сни­мок Солнца, рентгеновские телескопы позволили за­регистрировать излучение большого числа различных космических объектов и рентгеновское свечение все­го неба — своеобразный рентгеновский фон.

К многообещающим источникам космической ин­формации относится гамма-излучение. Энергия гамма-квантов значительно превосходит энергию фотонов ви­димого света. Для них Вселенная почти прозрачна. Они приходят к нам от весьма удаленных объектов и несут информацию о физических процессах в глубине Все­ленной.

С развитием ядерной физики и физики элементар­ных частиц наметился еще один путь разгадки сокро­венных тайн Вселенной. Он связан с регистрацией космических нейтрино и лежит в основе нейтринной астрономии. Отличительная особенность нейтрино — чрезвычайно высокая проникающая способность. Ре­гистрируя нейтринный поток с помощью детекторов, можно получить информацию о термоядерных процес­сах, протекающих в звездах.

С появлением космической техники открылась новая возможность исследования Вселенной. Создан­ный уникальный телескоп-спутник «Хаббл» (ил. 5.4) позволил получить не только четкие изображения планет Солнечной системы, но и новые сведения о проис­ходящих там процессах. На снимках, сделанных в 1996 г. с расстояния примерно 100 млн км, различаются детали поверхности Марса размером около 25 км — та­кова разрешающая способность телескопа «Хаббл». Для сравнения: один из лучших наземных телескопов в мире, расположенный в обсерватории Маунт-Паломар (США), позволяет рассмотреть детали рельефа Марса размером 300 — 400 км. С помощью спутникового телескопа «Хаббл» удалось определить структуру колец Сатурна и обнаружить кольцевые системы Юпитера, Урана и Не­птуна. С поверхности Земли такие системы не видны — мешает замутненность атмосферы нашей планеты.

В настоящее время разрабатывается внеземной те­лескоп, который заменит «Хаббл» в 2006 г. Он будет гораздо чувствительнее действующего «Хаббла» и смо­жет обнаружить в десятки раз более слабые объекты. Диаметр зеркала нового прибора — 8 м, а масса зерка­ла — всего 7 кг. Для сравнения: зеркало действующего телескопа «Хаббл» имеет диаметр 2,4 м и весит 826 кг. В новой конструкции зеркальную поверхность образу­ет слой золота, нанесенный на силиконовую пленку.

Ежедневная картина восхода Солнца вряд ли вы­зывает удивление. А можно ли наблюдать восход Зем­ли? Оказывается, можно. Такую возможность пред­ставляют космические аппараты. Долгое время Земля казалась человеку необъятной и безграничной. Пона­добились сотни, даже тысячи лет, чтобы разглядеть собственными глазами Землю из космоса, откуда пред­ставилась прекрасная возможность увидеть всю нашу планету, и откуда она больше не кажется нам необъят­ной и безграничной.

Таким образом, созданный во второй половине XX в. огромный арсенал средств астрономических наблюдений, наземных и космических, способствует дальнейшей разгадке тайн Вселенной.