Космические рубежи теории относительности

Хотя и неправдоподобно, чтобы в центре нашей Галактики сверхновые взрывались каждые несколько часов, да к тому же по нескольку раз в день сталкивались чёрные дыры, там могли бы реализоваться и другие механизмы, ещё не известные исследователям. На первый взгляд процессы, при которых могли бы генерироваться веберовские гравитационные волны, должны направлять энергию одинаково по всем направлениям, а ведь наша Земля настолько мала, что на неё попадает лишь очень малая доля энергии гравитационных волн, высвобождающейся при этих процессах. Именно поэтому астрофизики утверждают, что подобные процессы должны быть чудовищно мощными. Однако если энергия каким-то образом фокусируется на Землю, то уже намного менее мощные процессы смогли бы объяснить наблюдения Вебера.

Выше мы уже отмечали, что чёрные дыры в двойных системах могли бы испускать намного более интенсивное гравитационное излучение, чем обращающиеся вокруг друг друга обычные звёзды. Хотя почти невероятно, чтобы существовали двойные системы, состоящие из чёрных дыр, последние могли бы иногда в ходе своих движений в Галактике проходить очень близко друг к другу. Центр Галактики - это, наверное, самое естественное место для таких близких встреч чёрных дыр, ибо там звёзд больше, чем где-либо ещё в нашей звёздной системе. И всякий раз, когда две чёрные дыры проходят в нескольких километрах друг от друга, их взаимодействие вызывает резкую вспышку гравитационного излучения. Но что ещё более важно, возникающие гравитационные волны при этом фокусируются. Чёрная дыра искривляет пути распространения гравитационных волн точно так же, как она искривляет лучи света. При этом чёрная дыра может фокусировать излучение (как электромагнитное, так и гравитационное) в определённом направлении, в результате чего удалённый наблюдатель будет регистрировать необычайно интенсивные вспышки энергии. Такое свойство чёрной дыры фокусировать излучение делает её гравитационной линзой.

В середине 1970-х годов Торн и Ковач из Калифорнийского технологического института приступили к исследованию возможности гравитационной фокусировки гравитационных волн, испускаемых почти сталкивающимися друг с другом чёрными дырами. Хотя их расчёты ещё не закончены, мысль о том, что гравитационные волны могут случайно фокусироваться в направлении на Землю при таких «почти - столкновениях», кажется весьма интересной. Возможно, фокусировка - это тот самый механизм, который приводит к появлению волн, зарегистрированных Вебером с помощью его антенн.

Гравитационные линзы представляют и самостоятельный интерес независимо от их возможной связи с фокусировкой гравитационных волн. Сразу же после первого предположения о существовании чёрных дыр стало ясно, что кривизна пространства-времени вокруг чёрной дыры должна приводить к сильному отклонению лучей света. При определённых условиях проходящие мимо чёрной дыры лучи света могут отклоняться таким образом, что удалённые объекты будут казаться более яркими, чем обычно, а могут наблюдаться и их множественные изображения. Как показано на рис. 15.6, если чёрная дыра расположена между наблюдателем и удалённым источником света, может происходить фокусировка этого света. Теоретически гравитационная линза будет давать бесконечное число изображений удалённых звёзд и галактик. Практически же будут видимы лишь первичные и вторичные изображения - остальные окажутся слишком слабыми.

РИС. 15.6. Гравитационная линза. Чёрная дыра отклоняет и фокусирует лучи света от удалённой звезды. Большая часть отклоненного света собирается в два изображения этой звезды.

Поскольку наблюдение многократных изображений одного и того же объекта равнозначно убедительному свидетельству в пользу существования чёрной дыры, ряд астрофизиков проделали трудоёмкие расчёты яркости и формы изображений, которые дают гравитационные линзы. В частности, Р. Ч. Уэйт в 1974 г. в Имперском колледже (Лондон) опубликовал изображения галактики, получаемые при наблюдении «через» гравитационную линзу. Обычное изображение галактики без искажений приведено слева на рис. 15.7. Если чёрная дыра расположена между Землей и далёкой галактикой, то будут наблюдаться два изображения галактики. К тому же оба изображения будут заметно искажены. И чем ближе чёрная дыра находится к прямой, соединяющей Землю и галактику, тем значительнее окажется искажение.

РИС. 15.7. Вид галактики «сквозь» гравитационную линзу. На этой схеме слева показано, как выглядит (без искажений) обычная спиральная галактика. Если между Землей и этой галактикой находится чёрная дыра, астрономы увидят два изображения. Чем ближе чёрная дыра к прямой, соединяющей Землю и галактику, тем сильнее будет искажение возникающих изображений. (По Р. Ч. Уэйту.)