Космические рубежи теории относительности

Следует подчеркнуть, что отождествление Лебедя Х-1 с чёрной дырой критически зависит от «негативных» доводов (например: это не может быть белый карлик; это не может быть нейтронная звезда). Позитивные доводы были бы намного сильнее. Какие именно наблюдения Лебедя Х-1 (или другой аналогичной системы) могли бы доказать, что это обязательно чёрная дыра? Какие эффекты имеют место только для чёрной дыры и невозможны для любого другого типа объектов?

Как указывалось выше, внутренний край диска аккреции, окружающего чёрную дыру, должен вращаться вокруг неё с чрезвычайно высокой скоростью. Один оборот внутреннего края диска должен, вероятно, происходить всего за несколько сотых или тысячных секунды. Естественно предположить, что этот внутренний край диска аккреции не вполне однороден. На нём могут быть «горячие пятна». При каждом обороте такого «горячего пятна» вокруг чёрной дыры астрономы должны наблюдать кратковременную интенсивную вспышку рентгеновского излучения вдобавок к тем рентгеновским лучам, которые испускаются диском постоянно. Если бы такие добавочные вспышки наблюдались чаще чем раз в 1/100 с, то это могло бы стать прямым подтверждением наблюдения чёрной дыры.

К сожалению, спутник «Ухуру» не мог регистрировать очень быстрых изменений рентгеновского излучения. Вообще говоря, кажется, что Лебедь Х-1 испускает такие короткие вспышки, но астрономы не перестанут быть скептиками, пока на околоземные орбиты не будут выведены усовершенствованные рентгеновские телескопы. При этом следует отметить, что источник Циркуль Х-1 (3U 1516-56), также, по-видимому, испускает короткие вспышки рентгеновских лучей. Хотя видимый компонент Циркуля Х-1 ещё не отождествлен, сходство параметров рентгеновского излучения Лебедя Х-1 и Циркуля Х-1 бросается в глаза. Так что не исключено, что астрономы уже открыли вторую чёрную дыру.

Поскольку представляется вполне вероятным, что Лебедь Х-1-это чёрная дыра, астрофизики приступили к подробным расчётам, чтобы понять, каким путём эволюция двойной звёздной системы может привести к возникновению чёрной дыры. Ввиду того что обнаружить чёрную дыру можно только по излучению падающего на неё вещества, выброшенного обычным компонентом двойной системы, две звезды должны быть довольно близки друг к другу. Если бы эти звёзды находились друг от друга на большом расстоянии (как это бывает обычно), чёрная дыра не могла бы захватывать достаточно вещества, чтобы началось рентгеновское излучение. Поэтому внимание было сосредоточено на эволюции тесных двойных систем.

РИС. 13.7. Чёрная дыра в тесной двойной системе. На основании расчётов де Лоора и де Грева изображены основные этапы эволюции тесной двойной системы звёзд. Эта двойная испускает рентгеновское излучение лишь в течение короткого периода за весь свой жизненный цикл.

Пусть две звезды сформировались очень близко одна от другой и образовали тесную двойную систему, обозначенную как стадия 1 на рис. 13.7. Сначала в недрах обеих звёзд шло «горение» водорода, однако более массивная звезда сжигала свой водород быстрее и потому быстрее эволюционировала. Вскоре она заполнила свои пределы Роша и передала большое количество вещества своему компаньону (стадия 2). Вследствие переноса массы второй компонент двойной системы стал теперь более массивной звездой (стадия 3). После вспышки сверхновой образовалась чёрная дыра, если умирающая звезда сохранила достаточную массу, чтобы гравитация пересилила давление газа, иначе получился бы белый карлик или нейтронная звезда (стадии 4 и 5). Получившуюся чёрную дыру было невозможно обнаружить, пока её компаньон не проэволюционировал до стадии, на которой началось испускание сильного звёздного ветра. Лишь тогда чёрная дыра смогла захватить достаточно газа, чтобы образовался диск аккреции, испускающий рентгеновские лучи (стадия 6). Наконец, когда второй компонент проэволюционировал так далеко, что заполнил свои пределы Роша, через внутреннюю точку Лагранжа к чёрной дыре стали поступать огромные количества вещества. Этот поток вещества «забил» выход рентгеновского излучения, и чёрная дыра снова стала ненаблюдаемой (стадия 7).

Описанный сценарий подсказал астрономам, что стадия развития тесной двойной системы, в ходе которой наблюдается рентгеновское излучение, очень кратка. Расчёты показывают, что тесные двойные системы должны испускать рентгеновское излучение в течение менее 0,5% своего времени жизни. Значит, согласно теории вероятности, лишь одна из нескольких сотен тесных двойных систем могла бы давать поддающийся обнаружению поток рентгеновских лучей. На каждый источник типа Лебедя Х-1 может оказаться несколько сотен чёрных дыр, входящих в состав тесных двойных систем, не дающих никакого наблюдаемого излучения.