Гравитация. От хрустальных сфер до кротовых нор

телескопам. Чем ближе к центру, тем больше скорости звезд, подобно тому как в Солнечной системе близкие планеты имеют большую скорость, чем дальние. Но там скорости звезд 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 звезд. По современным оценкам масса центрально тела от 3 до 4 млн солнечных масс. Фиксируется излучающий источник, называемый Стрелец A*, причем 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 звезд S2. А при массе в несколько миллионов солнечных масс и таких малых размерах этот центральный объект может быть только черной дырой.

Среди других галактик с объектами-кандидатами в сверхмассивные черные дыры наиболее тщательно изучены галактика Андромеды, галактика M 32, эллиптические галактики M 87, NGC 3115, NGC 3377, NGC 4258 и галактика M 104 (Сомбреро).

Сейчас с увеличением точности и надежности наблюдений производят переоценки масс сверхмассивных черных дыр – как оказалось, они могут быть значительно недооценены. Например, для того, чтобы в галактике М 87 (расположена на расстоянии 50 миллионов световых лет от Земли) звезды двигались так, как это наблюдается сейчас, масса центральной черной дыры должна быть как минимум 6,4 миллиарда солнечных масс, что значительно превышает предыдущие оценки.

Обсудим более детально вопрос о существовании черных 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 подтвержденной наблюдениями, является ОТО. Но, строго говоря, эта теория не проверена для условий в непосредственной близости от черной 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.

Черные 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 черных дыр рассматриваются, прежде всего, ассоциации молодых звезд и, возможно, ядра шаровых скоплений. В 2002 году космический телескоп «Хаббл» производил наблюдения, показавшие вероятность существования в шаровых скоплениях M 15 (в созвездии Пегаса) и Mayall II (в галактике Андромеды) именно среднемассивных черных дыр. Такая интерпретация точно так же основывается на размерах и периодах орбит звезд в данных шаровых скоплениях. Однако в этом случае нет той уверенности, как в существовании сверхмассивных черных дыр. Оказывается, что вместо черных дыр в центрах шаровых скоплений вполне могут быть и группы нейтронных звезд, давая тот же результат наблюдений. В нашей Галактике среднемассивная черная дыра с массой порядка 1300 солнечных масс, возможно, находится внутри группы из семи массивных звезд на расстоянии 3 световых лет от Стрельца А*.

Наконец, кратко обсудим черные микродыры, их массы много меньше звездных, а минимальная величина ограничивается только квантовыми принципами. Их часто и называют квантовыми черными дырами, поскольку они (возможно) должны подчиняться законам квантовой механики. Такие дыры, мы уже понимаем, не могут образоваться обычным образом в результате коллапса. Но тогда как? Одним из наиболее вероятных механизмов является генерация черных дыр на ранних стадиях эволюции Вселенной, когда плотность материи и ее флуктуации были чрезвычайно велики. Такие черные дыры называют первичными. Некоторые варианты теории квантовой гравитации не исключают рождение микродыр при высокоэнергичных взаимодействиях в современную эпоху. Предполагается, что это могут быть взаимодействия космических лучей с атмосферой, либо взаимодействия частиц в ускорителях типа Большого адронного коллайдера. Но все эти предсказания пока остаются гипотетическими.