Космические рубежи теории относительности

Описанный только что анализ касался лишь вида самой сингулярности. Если наблюдающий чёрную дыру астроном сменит окуляр своего телескопа на широкоугольный, то он сможет увидеть и области на больших расстояниях от сингулярности. Чтобы разобраться в такой цельной картине вращающейся чёрной дыры, необходимо обратиться к диаграммам Пенроуза.

РИС. 12.16. Диаграмма Пенроуза для предельной керровской чёрной дыры (М = а). Астроном в нашей Вселенной видит свет, приходящий из разных мест, при наблюдении вращающейся чёрной дыры. К астроному в нашей Вселенной (Вселенная 3) приходит свет из отрицательного пространства (Вселенная 2) и связанной с этим пространством сингулярности. К астроному также отражается изнутри дыры свет из предыдущей Вселенной (Вселенная 1) и из ранних эпох нашей Вселенной.

Рассмотрим диаграмму Пенроуза для предельной керровской дыры (М = а), изображенную на рис. 12.16. Вспомним, что на всех таких пространственно-временных диаграммах лучи света всегда направлены под углом 45°. На данной диаграмме Пенроуза изображены мировые линии характерных лучей света, которые может увидеть астроном в нашей Вселенной (Вселенная 3). Прежде всего он получает свет от F^- из отрицательной Вселенной (Вселенная 2). Этот свет приходит от самого центра кольцевой сингулярности. Астроном получает также свет от сингулярности, ограничивающей Вселенную 2 и тем самым разделяющий положительное пространство (справа) и отрицательное пространство (слева). Вид световой области из Вселенной 2 и от сингулярности показан на рис. 12.15. Однако с наружной границы света, приходящего от сингулярности, астроном видит световые лучи, идущие ещё от двух источников.

Звёзды и галактики в нашей Вселенной (а также наверняка и в других Вселенных) испускают свет во всех направлениях. Часть этого света попадает на вращающуюся чёрную дыру. Когда этот свет проходит в эргосферу дыры, он многократно прокручивается вокруг оси вращения. Грубо говоря, часть этого света испытывает действие «центробежных сил», отбрасывающих лучи назад во Вселенную. Иными словами, луч света из F^- нашей Вселенной и F^- предыдущей Вселенной (Вселенной 1) могут снова отражаться в положительное пространство. Удалённый астроном может поэтому видеть свет из Вселенной 1 и из нашей Вселенной (от ранних этапов её истории!).

РИС. 12.17.

А: Вид предельной керровской чёрной дыры (M = а) при θ = 0°. При наблюдении прямо по оси вращения удалённый астроном видит свет из Вселенной с отрицательным пространством и из предыдущей Вселенной с положительным пространством. Он видит свет также из самых ранних эпох своей собственной Вселенной.

Б: Вид предельной керровской чёрной дыры (М = а) при θ = 45°. Если направление наблюдения характеризуется промежуточным значением угла между осью вращения и экваториальной плоскостью, то вид чёрной дыры в основном останется тем же, что на рис. 12.17, A. Но, поскольку дыра вращается, сингулярность будет казаться сдвинутой с центра поля зрения.

В: Вид предельной керровской чёрной дыры (М = а) при θ= 90°. При взгляде из экваториальной плоскости астроном видит сингулярность «в профиль». Свет, обращающийся вокруг сингулярности в экваториальной плоскости, может уходить от дыры по спирали к удалённому астроному.

На рис. 12.17,А-В, изображен полный вид предельной керровской чёрной дыры, как её видел бы удалённый астроном в нашей Вселенной. Во всех случаях характерный вид сингулярности взят с рис. 12.15. Центральная часть дыры всякий раз окружена большой круговой областью, заполненной светом из Вселенной 1. Этот свет отражается в сторону астронома из глубокой внутренней части дыры. Вне этой круговой области астроном видит свет от объектов из его собственной Вселенной. Таким образом, астроном, рассматривая вращающуюся чёрную дыру, может наблюдать, что происходит в отрицательной Вселенной и что происходило в предшествующей положительной Вселенной. К тому же свет из Вселенной 3, наблюдаемый рядом с дырой, приходит от раннего этапа нашей собственной Вселенной (из F^- Вселенной3). Поэтому астроном в принципе должен увидеть, что происходило миллиарды лет назад! У него появляется принципиальная возможность увидеть образование Земли, динозавров или доисторического человека - всё зависит от того, куда именно он будет смотреть.

Общая картина чёрной дыры при наблюдении под разными углами имеет одни и те же особенности. Однако при наблюдении под углом к её оси вращения видимое положение сингулярности оказывается сдвинутым в одну сторону ввиду вращения дыры. Когда астроном наблюдает дыру в её экваториальной плоскости (θ = 90° ), он видит сингулярность сбоку. В отличие от предыдущих случаов свет, обращающийся вокруг сингулярности в экваториальной плоскости, может «раскрутиться» наружу и попасть в телескоп далёкого астронома.