Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Астрономы продолжают изучать Sgr А* и накапливать данные, которые позволят понять, как рождается и развивается сверхмассивная черная дыра в центре Галактики. Даже после вспышки Sgr А* испускает рентгеновские лучи сравнительно низкой интенсивности, характерные для «голодной» черный дыры, возникшей после взрыва сверхновой, который уничтожил большую часть межзвездного газа вокруг нее, и дыра испаряется, — ненасытный, пожирающий галактики космический пылесос. Чандра был бы очарован панорамой небесного свода — мозаикой из тридцати отдельных изображений, полученных обсерваторией «Чандра» в июле 2001 года. Она демонстрирует вытянутые части ядра Млечного Пути размером от 3800 до 8600 триллионов километров. При тщательном рассмотрении можно отметить сотни белых карликов, нейтронных звезд и вспышки рентгеновского излучения черных дыр в облаке раскаленных газов с температурой много миллионов градусов Кельвина. Sgr А* находится справа от яркого пятна в центре фотографии.

Коллапсирующая звезда вращается все быстрее и быстрее, а вращающийся аккреционный диск ускоряет это вращение. Однако данную теорию не удавалось проверить до сентября 2003 года, когда это было сделано с помощью космической обсерватории «Чандра». Перемещаясь в пространстве, черная дыра поглощает газ звезды-компаньона, вращающийся вокруг черной дыры и расширяющий ее аккреционный диск. Если дыра не имеет компаньона, она затягивает окружающий межзвездный газ с образованием диска. Перемещаясь в направлении черной дыры, газ нагревается до десятков миллионов градусов Кельвина. Атомы железа в этом газе излучают отчетливые сигналы в рентгеновской области спектра и позволяют определить орбиты частиц в окружении черной дыры. Расстояние частиц от черной дыры зависит от кривизны пространства-времени вблизи нее. Если черная дыра вращается, то она увлекает вместе с собой пространство-время и скручивает эту область в воронку, у которой горизонт событий меньше, чем у самой дыры. В результате орбиты частиц оказываются ближе к вращающейся черной дыре, чем к невращающейся. Уменьшение диаметра орбит может быть обнаружено по рентгеновскому излучению этих частиц, которое в случае вращающейся черной дыры имеет большую длину волны, чем для невращающейся. Для этих частиц гравитационное красное смещение должно быть более заметно, так как они ближе к горизонту событий. При наблюдении рентгеновского излучения атомов железа, вращающихся вокруг черных дыр, астрофизики обнаружили, что частицы находятся на расстоянии всего 32 километров от горизонта событий. Орбиты частиц вокруг Лебедя X-1 находятся более чем в 160 километрах от горизонта событий, что позволило астрофизикам признать Лебедь X-1 невращающейся черной дырой. Это следует из сложных математических моделей аккреционных дисков. Однако до сих пор не появилось надежных методов различения вращающихся и невращающихся черных дыр. У некоторых черных дыр звезда-компаньон прекращает свое существование до того, как у дыры образуется спин заметной величины. Возможно, так случилось и с Лебедем X-1, хотя астрофизикам еще предстоит выяснить, вращается ли эта звезда. Почему некоторые черные дыры вращаются быстрее других? Дело в том, что спин черной дыры может быть результатом сложения момента вращения коллапсирующей звезды, момента вращения ее компаньона и хаотического потока разогретого газа из аккреционного диска, а он не всегда вращается в том же направлении.

Обсерватория «Чандра» зарегистрировала множество фантастических космических событий. В одном из неравных гравитационных столкновений звезда с массой нашего Солнца была случайно сбита с курса другой звездой и исчезла вблизи сверхмассивной черной дыры в центре галактики RX J1242-11 в созвездии Девы. Черная дыра с массой в 100 миллионов больше Солнца разорвала в клочья незваного гостя и вызвала одну из самых мощных рентгеновских вспышек, когда-либо зарегистрированных в этой галактике. Обсерватория «Чандра» зарегистрировала эту катастрофу 9 марта 2001 года. Ее заметили также космическая рентгеновская обсерватория «XMM-Newton» и рентгеновская обсерватория ROSAT (разработанная учеными из Германии, Великобритании и США). Уникальное событие было предсказано сразу после появления теории черных дыр, но никогда до того не наблюдалось[93].