Статьи

Космос под подошвой: какие сюрпризы таит черная бездна. Часть 1

Космос

Yuri_B / pixabay.com (CC0 1.0)

В прошлом материале мы разбирались с вами, в какую нору можно залезть, чтобы вылезти в прошлом веке или на другом конце Вселенной. И так как мы уже опытные путешественники во времени, то настало время разобраться, что необычного содержит в себе пространство. Причем не простое, а космическое.


 

Вообще, прежде чем сесть на наш воображаемый звездолёт и приступить к подробному изучению космических аномалий, стоит решить на берегу: что считать за аномалию?

С классическими и давно устоявшимися научными системами дела обстоят гораздо проще: аномалия – это имеющийся факт, который не поддаётся общепринятым законам. Вот, например, в XVIII веке в науке существовала теория флогистона – горючего вещества, которое наполняет остальные предметы, делая их возгораемыми. Но на наше счастье в том же веке существовал еще и Антуан Лавуазье, который провел свои опыты по окислению металлов и нагреванию ртути, чем доказал, что горение имеет кислородный характер. Для последователей теории флогистона, которые тут же взбунтовались, эксперименты Лавуазье были чистой воды аномалией. Но, накопившись в достаточном количестве, такие аномалии сформировали новый круг научного знания, который мы теперь считаем классикой. Кто хочет больше узнать об этом – читайте «Структуру научных революций» Томаса Куна. А мы вернемся к нашим космическим баранам.

С одной стороны, человек уже давно поглядывает в космическую глубину. Иногда даже прикасается к ней. Но с другой стороны – наблюдаемый простор для изучения таков, что мы ещё даже не на пороге, а только постучались в дверь. Поэтому тут и там, в прессе и в научных исследованиях, появляются заявления о космических аномалиях, которые расходятся с существующими моделями и теориями. И сегодня мы кончиком мизинца затронем эту богатую тему.

художественный концепт черной дыры Лебедь x-1. Черная дыра втягивает материю с голубой звезды рядом с ним. Credits: NASA/CXC/M.Weiss

Художественный концепт черной дыры Лебедь x-1. Черная дыра втягивает материю с голубой звезды рядом с ним.
Credits: NASA/CXC/M.Weiss

Черные дыры

Да, мы уже говорили о массивных объектах, разбирая путешествия во времени. Но что такое черная дыра? Разберемся подробней.

Эти объекты родились из Теории Относительности и подтвердились уравнениями Шварцшильда. И сразу же они были выделены в отдельный класс космических объектов за свои характерные признаки.

Для настоящего ценителя черных дыр крайне важно знать два термина: гравитационный радиус и горизонт событий. И то и другое понятие объясняет, чем же так удивительны черные дыры.

Горизонт событий – это не название газеты и не вечер пятницы. Горизонт событий – это такое расстояние для объекта с огромной массой, за которое не будут проникать путешественники со световой скоростью и ниже. А так как в Общей Теории Относительности скорость света в вакууме – предельная, то за горизонт событий проникнуть не может ничто.

Грубо говоря, горизонт событий – это граница черной дыры.

Гравитационный радиус, или радиус Шварцшильда – расстояние, на котором располагался бы горизонт событий тела, если бы оно было неподвижно, а масса тела была бы распределена равномерно. У Земли гравитационный радиус – 0,884 сантиметра.

Теперь перейдем к образованию черных дыр в условиях открытого космоса.

У нас есть объект с большой массой. Например, звезда в три раза тяжелее Солнца. Представим, что звезда дожила свой век и начала коллапсировать, то есть постепенно умирать. Масса у нее остается прежней, а термоядерные реакции затухают, и внутреннее давление падает. И вот наша звезда начинает сдуваться, сохраняя массу. Происходит уплотнение, и в определенный момент её реальный радиус совпадает с гравитационным. В пределах притяжения возникает горизонт событий, и наша вчерашняя звезда начинает пожирать все, даже солнечный свет. Черная дыра готова.

Говоря о черных дырах, нужно понимать целый ряд нюансов. Во-первых, коллапсирующая звезда должна иметь массу более 2,5 Солнц. Если масса меньше, то она превратится в белого карлика или пульсар, произойдет вспышка сверхновой звезды. В итоге будет дискотека, но не будет черной дыры.

Во-вторых, черная дыра в строгом смысле не черная. Сторонний наблюдатель не может её увидеть, так как она поглощает солнечные лучи. Космическую аномалию можно обнаружить только с помощью гравитационного линзирования или на фоне светящегося объекта.

В-третьих, Стивен Хокинг подкинул темной материи на вентилятор, математически доказав, что черные дыры не только поглощают всё и вся, но и кое-что излучают, например, элементарные частицы.

В-четвертых, эту часть статьи нужно читать под песню «Supermassive black hole» группы Muse.

Конечно, в теориях черных дыр еще масса особенностей и граней для исследования. Если вы не астрофизик-теоретик, а просто любите хорошее научно-популярное чтиво, то советую ознакомиться по этой теме с «Краткой историей времени» того же Хокинга или «Физикой невозможного» Мичио Каку. А мы, издалека рассмотрев черную дыру, поворачиваем звездолет и мчим дальше.

Изображение закрытой спиральной галактики NGC 4319 и Квазара Маркарян 205 (МРК 205) (справа вверху).

Изображение закрытой спиральной галактики NGC 4319 и Квазара Маркарян 205 (МРК 205) (справа вверху).
NASA/ESA and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA)

Квазары

Если бы славянофил Хомяков, предлагавший заменить слово «калоши» на «мокроступы», жил сейчас, то он непременно называл бы квазар «типозвезда». Действительно, название происходит от слов quasistellar и radiosource. Квазар имеет классическую для разных космических причуд схему: по размерам он напоминает ничем не примечательный объект, а по одному свойству превышает все пределы. Если для черной дыры этим свойством была масса, то для квазара – светимость.

Свет от «космических маяков» настолько сильный, что земные астрономы обнаружили уже свыше 195 тысяч таких объектов, а некоторые видно с Земли в обычный телескоп.

Есть несколько теорий, откуда берутся квазары.

Первая гласит о том, что квазары – это галактики на ранней стадии развития. Вторая считает, что светящиеся объекты – ни что иное как черные дыры. Частицы разгоняются за счет колоссального магнитного поля и сталкиваются на огромных скоростях, создавая радиоизлучение. Эти всполохи сопровождаются мощнейшим свечением, видимым в далеких от квазара уголках Вселенной.

Квазары похожи по размерам на звезды, но превышают последние по силе света в разы. Так, если взять средний по силе квазар и наше Солнце, то за единицу времени квазар будет производить больше энергии в 10 триллионов раз. 10 триллионов – это единица с тринадцатью нулями. И это чертовски много.

Еще один штрих к портрету сверхкомпактных «прожекторов» Вселенной. Они не только очень сильно светятся, но ещё и удаляются от центра Вселенной с невероятной быстротой. Невероятная – это близкая к скорости света.

Композитный рентгеновский, оптический и инфракрасный снимок сверхновой Кеплера.

Композитный рентгеновский, оптический и инфракрасный снимок сверхновой Кеплера. NASA/ESA/JHU/R.Sankrit & W.Blair / wikimedia.org

Сверхновая звезда

Мы оставляем квазары светить наедине с недоумевающими астрономами и едем дальше. А дальше у нас зрелище поистине драматичное и завораживающее – сверхновая.

Сверхновая – в разы более редкое, чем квазар, явление. Более того, все, что мы знаем о сверхновых, – это, по большей части, наблюдения за последствиями, а не за самими взрывами.

Так что же такое сверхновая? Сверхновая – это взрыв.

По космическим меркам длится этот процесс всего ничего – около недели, но сопровождается огромным количеством выделяемой энергии и яркостью. Основная масса сверхновых – это бывшие звёзды, которых постиг все тот же гравитационный коллапс из раздела о черных дырах.

Постепенное затухание термоядерной реакции в звезде приводит к тому, что сверхгигант расслаивается. В ядре синтезируется железо, а на поверхности – гелий с водородом. В тот момент, когда между слоями теряется равновесие, энергия ядра, высвобожденная в ходе беспорядочных реакций, сбрасывает оболочку. Происходит взрыв.

Впрочем, не все сверхновые – это взрывы массивных звёзд. Во Вселенной существует ряд так называемых «двойных галактик». В таких галактиках сразу две звезды – белый карлик и его компаньон. В ходе тесного сотрудничества, первый постепенно пожирает своего товарища, увеличиваясь в размерах. Затем он достигает массы примерно в 1,4 Солнц и все происходит, как в песне: «Вот и все, и нет Билла, жадность Билла погубила». Точнее, жадность Билла превратила. А превращает жадность белого карлика в нейтронную звезду, параллельно высвобождая целое море энергии. Термоядерный взрыв, сопровождающий преобразование, характеризуется как сверхновая.

Долгое время наблюдение за сверхновыми было осложнено несовершенством наших аппаратов и скоротечностью самих взрывов. Но теперь, когда человечество с надеждой глядит в космос во все приборы, обнаружение сверхновой под силу даже обывателю. Попробуйте, возможно, и вам удастся обнаружить такую красоту.

Космос бесконечен, и разнообразных сюрпризов в нем таится больше, чем может уместить одна статья. Поэтому здесь мы встанем на якорь, и продолжим бороздить просторы Вселенной в следующей части.

 

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Рассказать друзьям

0 Комментариев

Подписаться на рассылку

Комментарии

Войти с помощью 

Присоединяйтесь к нам в социальных сетях

В наших группах вы можете узнать много нового и интересного, а так же - принять участие в опросах и конкурсах

Присоединиться
Присоединиться