Знание-сила, 2009 № 01 (979)

Обнаружить черные дыры можно по косвенным признакам. Например, супермассивные черные дыры притягивают к себе межзвездный газ и даже целые звезды, которые крошатся под действием их тяготения. Такие дыры окружены облаком бешено вращающегося вещества, которое по спирали падает на них, испуская при этом энергию в окружающее пространство. Вот по этому излучению, по его специфическим характеристикам, ученые и опознают, что в центре этого облака должна быть гигантская черная дыра. Не всякое тело способно так свернуть пространство. Дело тут не в массе. Солнце, например, массивно, но на такое не способно. Нужно, чтобы достаточная масса была сосредоточена в достаточно малом объеме. Тогда она сможет создать снаружи себя такое огромное тяготение, что вырваться из ее гравитационного поля сумеют лишь тела, находящиеся на достаточном расстоянии от нее. Это предельное расстояние, эту сферу, изнутри которой ничто уже не может вырваться, называют «горизонтом» дыры. У Солнца тоже есть «горизонт», только он находится внутри нашего светила. Будь масса Солнца сосредоточена внутри этого горизонта, оно бы тоже стало черной дырой, и плохо бы нам тогда было. Но Солнце, слава Природе, не такое плотное.

Возвращаясь к классификации, — как образуются разные виды черных дыр? Это важно уразуметь, иначе мы не поймем то открытие, о котором говорили выше. По мнению астрономов, звездоподобные черные дыры образуются в результате коллапса очень массивных звезд. Внутри звезды происходит процесс выгорания водорода, а затем гелия (эта термоядерная реакция и заставляет их светиться), и наступает момент, когда тяжесть наружных слоев звезды не может быть уравновешена давлением изнутри, и звезда коллапсирует, то есть ее масса сжимается в очень малый объем. А это как раз и значит, что она превращается в черную дыру. Конечно, во время такой катастрофы значительная часть массы звезды выбрасывается наружу, мы видим это как взрыв, как появление новой и очень яркой звезды (как говорят, «сверхновой»), и потому, например, черная дыра массой в 5 Солнц может образоваться из звезды, которая до коллапса имела массу двадцать Cолнц, — остальные 15 рассеиваются при взрыве.

Если звезда не выбросит достаточно массы и не сожмется в довольно малый объем, из нее после коллапса может получиться не черная дыра, а так называемая нейтронная звезда, то есть сверхплотное тело, в котором все атомы сжаты так, что электроны вмялись в протоны и из всех из них сделались нейтроны. Это тоже очень заметный экспонат космического зоосада. Для нашего рассказа особенно интересно в нейтронных звездах то, что при столкновении они могут сливаться в черные дыры. Это второй путь образования звездоподобных черных дыр. Такие дыры могут служить зародышами более крупных. Притягивая и поглощая окружающий газ и близкие звезды, они мало-помалу растут и становятся промежуточными, а потом и гигантскими черными дырами. Но гиганты могут получаться и другим путем. В галактиках есть места довольно плотного скопления звезд. Вот такие скопления под влиянием гравитации могут стягиваться в суперогромную звезду, которая обычно выгорает за несколько миллионов лет и коллапсирует сразу в черную дыру-гиганта.

Таким образом, черные дыры промежуточного размера вроде бы должны возникать вполне естественно, как промежуточная стадия образования гиганта. Ничего загадочного в них быть не должно. Это не какие-нибудь микродыры, о которых до сих пор идут споры. Дело в том, что, как следует из сказанного выше, черные дыры могут возникать только за счет гравитационного коллапса, а расчеты приводят к выводу, что коллапсировать могут только звезды, масса которых не меньше полутора-трех солнечных масс. Как же тут возникнуть черным дырам меньшей массы?

Тем не менее теоретики указывают, как минимум, на три процесса, которые без всякого коллапса могут так сильно сжать маленькую массу, что она уместится в сверхмикроскопический объем, то есть станет микродырой. Это, во-первых, испарение большой черной дыры. Да, хотя черная дыра не выпускает наружу свет, но, как подсчитал знаменитый Хоукинг, в результате определенных квантовых процессов она должна выбрасывать наружу микрочастицы и постепенно терять массу. На этом пути она может дойти до стадии микродыры, а потом и вовсе испариться. Микродыра, по Хоукингу, долго не живет. Другой путь ее образования — это Биг Бэнг. На ранних стадиях образования Вселенной могли существовать такие высокие давления, при которых возможно было и образование микродыр. А третий путь — это столкновения частиц с высочайшей энергией — например, в ускорителе. Вот и сейчас в связи с окончательным пуском нового грандиозного ускорителя под Женевой, так называемого Большого коллайдера, опять возобновились апокалиптические разговоры, что в нем, мол, может возникнуть микродыра, которая вырвется на свободу и «проест насквозь» весь земной шар.