«Вопрос науки»: Черные дыры
В гостях у Алексея Семихатова, ведущего передачи «Вопрос науки», побывал доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга Сергей Борисович Попов. Мы публикуем отрывок из его интервью — о том, почему черные дыры существуют, несмотря на то что их никогда никто не видел.
Два самых основных типа черных дыр — это звездные массы, которые получаются из звезд, и сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик. Если мы говорим о звездных массах, то можем наблюдать двойные системы, где звезда и некий объект вращаются вокруг общего центра масс. Мы знаем, что этот объект тяжелый — например, он в десять раз тяжелее Солнца. В то же время мы его не видим, потому что он чрезвычайно компактный и ничего не излучает. Исходя из физических законов, это не может быть ничем другим, кроме как черной дырой. Мы знаем несколько десятков таких объектов в галактике.
Откуда нам знать, что существуют черные дыры? Мы знаем, что есть звезды, которые превращают легкие элементы в тяжелые в ходе термоядерных реакций. В них возникают массивные ядра, и термоядерная реакция в конце концов заканчивается. Звезда теряет источник энергии, и ядро начинает коллапсировать, то есть сжиматься под действием собственной тяжести. И мы можем попробовать посчитать, что при этом будет происходить, взять разные состояния вещества и посмотреть, могут ли они сопротивляться гравитации. Чем больше сжатие, тем интереснее. Если «пережать» — выйдет черная дыра и вся известная нам физика в нее «упадет». Останется одна гравитация.
Мы говорим о «кандидатах в черные дыры», потому что не можем их увидеть. Но сомнений в том, что существуют сколлапсировавшие объекты, нет. Про гигантские объекты имеется куда больше данных. Мы видим массивные космические тела в центрах галактик и самые разные их проявления: например, мощные источники — квазары. Их можно объяснить только наличием черных дыр.
Пока ученые надеются, что с помощью продвинутых радиотелескопов все-таки удастся разглядеть тень черной дыры. С одной стороны, это можно сделать с помощью сети телескопов или телескопа горизонта событий. С другой стороны, есть российский проект «Радиоастрон» — спутник с радиотелескопом на борту, он летает очень далеко, на расстоянии от нас примерно как до Луны. Он работает в паре с наземными телескопами и тоже пытается рассмотреть окрестности черных дыр. Но пока ни та ни другая команда не представили результатов по наблюдению. Можно надеяться, что в ближайшие два-три года появятся результаты, а сейчас у нас есть другие данные.
Вот М-31, Туманность Андромеды, всем известная близкая, крупная галактика, почти что наш близнец. В центре М-31 есть яркий рентгеновский источник. Это черная дыра с массой где-то 100–200 млн масс Солнца. И черная дыра в Туманности Андромеды сильно меняет свою светимость. Иногда она возрастает в разы, иногда в десятки раз. Мы хорошо изучаем черную дыру в центре нашей галактики, видя, как звезды двигаются вокруг нее. Некоторые звезды уже сделали полный оборот, поэтому мы можем точно определить массу — около 4 млн масс Солнца. И вся эта масса заключена в области размером меньше расстояния от Земли до Солнца.