Пять возрастов Вселенной

Рождающиеся сверхмассивные черные дыры в центрах галактик — это самые громадные пожиратели звезд. Более маленькие предвестники этих сверхмассивных дыр образуются в плотных центрах новорожденных галактик, где имеется огромное множество сырья для их питания. Некоторая часть газа вблизи черной дыры имеет слишком большой кинетический момент, чтобы упасть прямо на дыру. Этот газ образует диск вокруг массивной черной дыры, во многом напоминающий диск вокруг Лебедя X_-1 разве что большего размера. Звезды, которые осмеливаются подойти к дыре слишком близко, ее приливные силы разрывают на куски и добавляют к диску. Огромное количество энергии, которое высвобождается в ходе этого процесса, мы можем наблюдать в виде квазара.

Гравитационное излучение в эпоху черных дыр

По мере того как разворачивается эпоха черных дыр, вращающиеся по своим орбитам астрономические системы теряют энергию из-за диссипативного действия гравитационного излучения. Поскольку такая потеря источника энергии вряд ли служит определяющей характеристикой повседневной жизни, начнем с аналогии. Вообразите, что вы натягиваете тонкий упругий лист на металлический обруч, а затем помещаете в центр этого листа тяжелый мяч. Мяч проваливается и образует впадину. Далее, подумайте о том, как катался бы по этому листу мраморный шарик. Если для начала должным образом его толкнуть, то мраморный шарик движется по кругу вокруг тяжелого шара. Проделав несколько орбит, он по спирали движется внутрь и, в конце концов, покрутившись, останавливается недалеко от низа впадины. Кинетическая энергия мраморного шарика теряется из-за сил трения между шариком и листом; энергия рассеивается, превращаясь в тепло и звуковые волны.

Аналогичное явление имеет место, когда черные дыры или звезды движутся по орбите вокруг друг друга. Масса вызывает местное искривление пространства. На наших диаграммах вложения искривленное двумерное пространство — аналогичное поверхности упругого листа — показывает, каким образом формируются расстояния между точками в искривленном пространстве. Около звезды кривизна пространства разрешает орбиту планеты и аналогична кривизне листа. Система планета-звезда также имеет одну особенность, аналогичную трению между листом и мраморным шариком: именно из-за этого трения мраморный шарик по спирали скатывается внутрь углубления. Гравитация и вправду создает эффект типа трения. Когда массивные тела движутся по кругу или совершают колебания, они создают чрезвычайно слабые возмущения или рябь в основной структуре пространства-времени. В процессе движения массивного тела в пространстве должна двигаться и кривизна пространства-времени, и это движение создает возмущения, которые распространяются через пространство-время. Этими возмущениями являются гравитационные волны. Они уносят энергию от массивных гравитирующих тел почти так же, как вибрации в упругом листе и колебания в воздухе уносят энергию от катящегося мраморного шарика.

Благодаря другому аналогичному процессу радиопередатчики могут транслировать радиопередачи. В радиопередатчике движутся заряженные частицы (электроны), которые создают возмущения в электромагнитных полях. Этими возмущениями являются радиоволны, переносящие музыку, спорт и прогнозы погоды по всей нашей планете. Электромагнитное излучение обусловлено движением электрических зарядов, а следовательно, электромагнитными силами, тогда как гравитационное излучение возникает из-за движения масс и гравитационной силы.

Из-за явной слабости гравитации количество энергии, переносимое гравитационными волнами, обычно очень мало. Однако если подождать достаточно долго, влияние этой крошечной утечки энергии становится существенным, в силу чего объекты, движущиеся по орбите, должны медленно смещаться по спирали внутрь. Разрушение орбит посредством гравитационного излучения обычно происходит мучительно медленно. В отсутствие других катастрофических событий Земля, например, смещаясь по спирали, врезалась бы в Солнце более чем через девятнадцать космологических декад.