Нынешний успех астрономии доказывает, что черные дыры – не просто экзотические объекты Вселенной, окрыляющие нашу фантазию, они заставляют задуматься над тем, что многие причудливые особенности природы еще не познаны. Так, астрономы на основе данных, полученных со спутниковых лабораторий, открыли искривление пространства около нейтронной звезды – правда, очень слабое. Уже запущен спутник, специально приспособленный для исследования эффектов теории относительности. Общая теория относительности, как известно, предсказала, что масса искривляет пространство. И уже через четыре года после опубликования работы Эйнштейна этот эффект был обнаружен астрономами. При полном солнечном затмении, проводя наблюдения с телескопом, астрономы видели звезды, которые на самом деле были заслонены краем черного лунного диска, покрывшего Солнце. Под действием солнечной гравитации изображения звезд сместились. Астрономы теперь точно знают, что под влиянием «гравитационных линз» тяжелых звезд и, прежде всего, черных дыр, реальные позиции многих небесных тел на самом деле отличаются от тех, что нам видятся с Земли.
Учитывая важнейшие свойства черных дыр (массивность, компактность и невидимость), астрономы постепенно выработали стратегию их поиска. Проще всего обнаружить черную дыру по ее гравитационному взаимодействию с окружающим веществом, например, с близкими звездами. Попытки обнаружить невидимые массивные спутники в двойных звездах не увенчались успехом. Но после запуска на орбиту рентгеновских телескопов выяснилось, что черные дыры активно проявляют себя в тесных двойных системах, где они отбирают вещество у соседней звезды и поглощают его, нагревая при этом до температуры в миллионы градусов и делая его на короткое время источником рентгеновского излучения.
Поскольку в двойной системе черная дыра в паре с нормальной звездой обращается вокруг общего центра массы, удается, используя эффект Доплера, измерить скорость звезды и определить массу ее невидимого компаньона. Астрономы выявили уже несколько десятков двойных систем, где масса невидимого компаньона превосходит 3 массы Солнца, и заметны характерные проявления активности вещества, движущегося вокруг компактного объекта – например, очень быстрые колебания яркости потоков горячего газа, стремительно вращающегося вокруг невидимого тела.
Пенный прилив черных реликтов
Свойство черных дыр столь фантастичны, что в существование этих экзотических объектов в реальном мире верится с трудом, и об этом уже несколько десятилетий идут споры. Даже сам Эйнштейн сомневался в возможности их существования.
А. М. Черепащук. Демография черных дыр
Кроме устрашающего разгула в Эпоху черных дыр звездных коллапсаров, астрофизики предсказывают еще и прилив «пены» микроскопических реликтовых черных дыр. Эти микроколлапсары должны были во множестве рождаться на изначальном этапе Большого взрыва, но впоследствии их полностью накрыло «одеяло» обычного барионного вещества. В эпоху черных дыр, после поглощения большинства небесных тел застывшими звездами, «пена» реликтовых микроколлапсаров опять может «всплыть» на поверхность.
Сегодня физики-экспериментаторы не менее настойчиво ищут микроскопические черные дыры в потоке высокоэнергетичных космических лучей. Существует даже совершенно фантастический проект их массовой генерации при взаимодействии очень энергичных встречных пучков элементарных частиц на мощных ускорителях – коллайдерах. Значение факта существования реликтовых черных дыр для науки трудно переоценить, ведь их космологический смысл выходит далеко за рамками астрономии и астрофизики. При изучении этих таинственнейших объектов природы исследователи надеются глубоко продвинуться в понимании фундаментальных вопросов о сущности пространства и времени, структуры окружающей физической реальности, и, наконец, множественности нашего мира в иных измерениях.
С тех пор как почти столетие назад возникла идея ускорять элементарные частицы в электрических и магнитных полях, она была многократно воплощена в нескольких поколениях всевозможных циклотронов, бетатронов, синхрофазотронов и коллайдеров. Трудно даже перечислить все научные задачи, решенные с их помощью, и открытия, которые были совершены благодаря им. Их использовали для расщепления и синтеза атомов, превращения элементов, создания частиц, ранее не наблюдавшихся в природе, и даже для конструирования первых атомов «антимира». Но все эти замечательные результаты сильно блекнут перед перспективой проводить лабораторные исследования прообразов наиболее таинственных объектов Вселенной – реликтовых микроколлапсаров.
Излучение энергии и массы микроколлапсаром, по расчетам, должно постоянно расти. Поэтому микроскопическая черная дыра выглядит весьма нестабильной. В процессе излучения она должна мгновенно сжаться, нагреваясь и излучая все более энергичные частицы. Когда же микроколлапсар достигает граничной массы около тысячи тонн, он в течение микросекунды взорвется с силой миллиона мегатонных ядерных бомб. Время полного испарения гравитационного коллапсара пропорционально его начальной массе, и у черных дыр солнечной массы время жизни превышает все мыслимые пределы, составляя число с шестьюдесятью нулями лет. Дыра же с массой в миллиарды тонн должна существовать в пределах возраста современной Вселенной. Следовательно, первичные коллапсары такой массы именно сейчас должны были бы взрываться, заканчивая свой жизненный цикл.
Эксперименты с застывшими звездами
Гораздо приятнее Вселенная в фантастических фильмах, где звездолеты переносят путешественников через галактики за времена, непродолжительные с любой точки зрения.
Действительно, в 60-е годы XX века даже некоторые ученые полагали, что каналы и туннели в гиперпространстве сделают такие путешествия возможными и, более того, позволят путешествовать обратно во времени. Но более пристальное изучение физических законов привело к заключению, что ни одно из таких путешествий нереализуемо. Самое большее, на что вы можете рассчитывать – это путешествовать сравнительно недолго по своим часам, но чрезвычайно долго с точки зрения землян.
К. Торн. Путешествие среди черных дыр
Для изучения природы гипотетических микроколлапсаров, прежде всего, требуются новые экспериментальные методы. Например, новейшие сверхчувствительные гамма-детекторы могли бы обнаружить первичные черные дыры массой в миллиарды тонн по их взрывам, которые должны сопровождаться вспышками гамма-излучения. Однако часть астрофизиков считает, что фоновое гамма-излучение, приходящие со всех сторон на Землю, не позволит выделить импульсы именно таких дыр, и их взрывы в непосредственной близости должны быть крайне редки. Некоторые астрономы придерживаются противоположного мнения, доказывая, что часто наблюдаемые короткие всплески гамма-лучей могут иметь самое непосредственное отношение к первичным микроколлапсарам.
Создание черных дыр в ускорителях позволило бы проникнуть в глубины материи. В прошлом столетии физики упорно продвигались к границам микромира: от мельчайших пылинок – к атомам, затем к протонам, нейтронам и, наконец, к кваркам. Если они смогут создавать черные дыры, то довольно быстро достигнут сверхмикроскопических масштабов, квантовых ячеек пространства-времени. За этим фундаментальным физическим пределом теряют смысл сами понятия пространства, длины и длительности. И вот здесь возможна совершенно парадоксальная ситуация, когда масштабное увеличение энергии сталкивающихся частиц вместо «дробления» материи на все более мелкие составляющие приведет к рождению все более массивных черных дыр.
