Суперобъекты. Звезды размером с город

Космос на самом деле не пустой. В космосе есть газ и пыль. В конце концов, сами звезды, из которых потом образуются нейтронные звезды и черные дыры, формируются в результате сжатия облаков межзвездного газа и пыли. И, кстати, если вы построите звездолет, чтобы летать между звездами, то эта среда, которая заполняет пространство между ними, станет для вас большой проблемой. С одной стороны, есть красивые проекты, которые очень любят в фантастике: вы можете использовать как топливо тот самый водород, который заполняет межзвездное пространство. А с другой стороны, представьте, что вы летите с околосветовой скоростью (иначе путешествие между звездами неинтересно). Летите, и пусть вещества на вашем пути очень мало, но с вашей точки зрения каждый атом водорода в межзвездной среде влетает вам в лоб (точнее, в лоб вашему кораблю) со скоростью близкой к скорости света. Тогда возникает много всего нехорошего: от банального «все будет разогреваться» до возникновения радиоактивности, так что технически это серьезная проблема для межзвездных перелетов.

Межзвездные газ и пыль были окончательно открыты лишь в начале XX века. Важную роль здесь сыграли работы Иоганна Гартмана. Межзвездная среда заметно проявляет себя, поглощая свет звезд и делая его более красным. Провалы в Млечном Пути, темные полосы и волокна на фотографиях многих дисковых галактик – все это межзвездная пыль. Красивые туманности – например, облака на снимках Космического телескопа – все это межзвездный газ.

Таким образом, какое-то количество вещества в космосе все-таки есть. И одиночные нейтронные звезды, и черные дыры могут начать притягивать, натягивать на себя это вещество. В астрофизике это называется аккреция – вещество гравитационно притягивается в данном случае к компактному объекту. И тогда у нас возникает ситуация, примерно как в двойной системе, только вещества меньше. Каждый грамм, который упал на нейтронную звезду, выделяет примерно 1020 эрг энергии. Это очень много – 10 % от mc2. То есть это б'oльшая доля, чем, например, выделяется при термоядерном взрыве. Так что аккреция – очень эффективный способ выделения энергии. Хотя и очень простой.

Аккрецию на одиночные нейтронные звезды и черные дыры активно обсуждали в начале 70-х годов прошлого века. У нас в стране первопроходцем в этой области был Викторий Шварцман. Это такая драматическая история, что о ней следовало бы снять художественный фильм. В 1970–1971 годы он опубликовал серию работ по аккреции на нейтронные звезды и черные дыры, которые актуальны до сих пор. Однако, к великому сожалению, все попытки обнаружить такие источники ни к чему не привели, хотя сам Шварцман приложил к этому большие усилия и даже переквалифицировался из теоретика в наблюдатели, создав научную группу в Специальной астрофизической обсерватории на Кавказе. Одиночные аккрецирующие компактные объекты не открыты по сей день.

Если найти хотя бы 100 миллиардов грамм в секунду (при таком темпе масса Солнца наберется аж за миллион миллиардов лет, т. е. по астрономическим меркам надо очень мало вещества), то можно получить достаточно заметный источник. Тем не менее аккрецирующие одиночные нейтронные звезды или черные дыры пока не открыты. Это важная задача для (надеюсь) ближайшего будущего. Следующий серьезный российский космический проект в области астрофизики – это спутник «Спектр-Рентген-Гамма». С помощью немецкого телескопа eROSITA он будет делать обзор всего неба в рентгеновских лучах, и есть надежда, что он сможет начать открывать одиночные аккрецирующие нейтронные звезды.

С черными дырами все немножко сложнее: у них нет поверхности, и поэтому очень яркий объект не получится – нет удара о поверхность. Однако вещество, падая на черную дыру, может закручиваться в диск, и можно надеяться увидеть излучение этого диска. Для этого также нужно делать обзор неба, но, скорее всего, не в рентгеновских лучах, а в инфракрасных. Или даже в радио! Есть работы, авторы которых показывают, что будущие крупные обзорные радиотелескопы (в первую очередь SKA) смогут выявить одиночные аккрецирующие компактные объекты. Надежды связаны с тем, что у их родственников – аккрецирующих черных дыр в двойных системах – наблюдают радиоизлучение. Если физика аккреции в обоих случаях достаточно схожа, то чувствительные приборы смогут засечь радиоволны и от одиночных.

Итак, может быть, какие-то из будущих проектов помогут обнаружить одиночные нейтронные звезды и черные дыры, наблюдая аккрецию на эти компактные объекты. Тем не менее уже сейчас мы можем говорить о том, что практически неуловимые одиночные черные дыры все-таки обнаружены.

Гравитационное линзирование