Гравитация От хрустальных сфер до кротовых нор

На чем основан вывод, что в центрах галактик — чёрные дыры? Прежде всего, на анализе динамики близких звёзд — их класс, а соответственно, и масса известны. Параметры орбит известны благодаря современным телескопам. Чем ближе к центру, тем больше скорости звёзд, подобно тому как в Солнечной системе близкие планеты имеют большую скорость, чем дальние. Но там скорости звёзд достигают десятков тысяч км/с! Этих данных достаточно, чтобы вычислить массу центрального тела. В нашей Галактике центр расположен в созвездии Стрельца. В настоящее время в его окрестности изучается движение десятков звёзд. По современным оценкам масса центрально тела от 3 до 4 млн солнечных масс. Фиксируется излучающий источник, называемый Стрелец А*, причём по всем параметрам его излучение вызвано аккрецией газа на центральный объект, радиус которого (излучающей области) не более 45 а. е. Есть и непосредственные данные, подтверждающие компактность центрального объекта — это размеры орбиты одной из самых близких звёзд S2. А при массе в несколько миллионов солнечных масс и таких малых размерах этот центральный объект может быть только чёрной дырой.

Среди других галактик с объектами–кандидатами в сверхмассивные чёрные дыры наиболее тщательно изучены галактика Андромеды, галактика М32, эллиптические галактики М87, NGC3115, NGC3377, NGC4258 и галактика М104 (Сомбреро).

Сейчас с увеличением точности и надёжности наблюдений производят переоценки масс сверхмассивных чёрных дыр — как оказалось, они могут быть значительно недооценены. Например, для того, чтобы в галактике М87 (расположена на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли) звезды двигались так, как это наблюдается сейчас, масса центральной чёрной дыры должна быть как минимум 6,4 миллиарда солнечных масс, что значительно превышает предыдущие оценки.

Обсудим более детально вопрос о существовании чёрных дыр. Проблема во многом связана с тем, насколько верна теория гравитации, из которой существование таких объектов следует. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой наблюдениями, является ОТО. Но, строго говоря, эта теория не проверена для условий в непосредственной близости от чёрной дыры. С другой стороны, попытки описать сверхплотные и свехкомпактные объекты в центрах галактик не так, как это предлагает ОТО, приводят к экзотическим моделям, которые вызывают больше вопросов, чем дают ответов.

Чёрные дыры промежуточных масс определяются массами от сотен до тысяч солнечных масс, а их гравитационные радиусы могут быть от сотен до тысяч километров. Нижней границей считается масса порядка 200 М_☉, как предел для отдельной звезды, Они предлагаются как возможные источники энергии сверхъярких источников рентгеновского излучения. В качестве механизма формирования таких чёрных дыр рассматриваются, прежде всего, ассоциации молодых звёзд и, возможно, ядра шаровых скоплений В 2002 году космический телескоп «Хаббл» производил наблюдения, показавшие вероятность существования в шаровых скоплениях М15 (в созвездии Пегаса) и Mayаll II (в галактике Андромеды) именно среднемассивных чёрных дыр. Такая интерпретация точно так же основывается на размерах и периодах орбит звёзд в данных шаровых скоплениях. Однако в этом случае нет той уверенности, как в существовании сверхмассивных чёрных дыр. Оказывается, что вместо чёрных дыр в центрах шаровых скоплений вполне могут быть и группы нейтронных звёзд, давая тот же результат наблюдений. В нашей Галактике среднемассивная чёрная дыра с массой порядка 1300 солнечных масс, возможно, находится внутри группы из семи массивных звёзд на расстоянии 3 световых лет от Стрельца А*.