Все о космосе

Загадочной и нерешенной проб­лемы черных дыр — бесконечно большой энтропии — в модели GRAVASTAR не существует: там она должна быть очень низкой.

Останется ли модель GRAVA­STAR столь привлекательной для ученых после включения в нее вра­щения, пока неясно, однако Мотола предполагает, что его "детища" ока­жутся самыми быстрыми ротаторами во Вселенной. А в качестве пиар-мо­дели авторы предлагают версию, в которой наша Вселенная является... внутренностью GRAVASTAR!

Впрочем, еще раньше находились оригиналы, рассматривавшие Все­ленную как внутренность черной дыры...

Как взвесить черную дыру

Сотрудники Годдардовского центра космических полетов (Goddard Space Flight Center in Gre-enbelt Maryland) Лев Титарчук и Николай Шапошников объявили об успешном тестировании разрабо­танного ими метода определения масс черных дыр. В качестве "проб­ного камня" был выбран Cygnus X-1. самый мощный постоянный рентге­новский источник, открытый в 1971 г. и расположенный в созвездии Лебе­дя. Считается, что этот источник со­стоит из черной дыры и ее звездного спутника, вещество которого, падая на ЧД, закручивается в спираль (аккреционный диск), разогретую до миллионов Кельвинов и за счет этого излучающую в рентгеновском диа­пазоне. Масса ЧД в системе Cygnus Х-1 ранее оценивалась примерно в 10 масс Солнца; по вычислениям Титарчука и Шапошникова, она сос­тавляет 8,7 солнечных масс при воз­можной ошибке менее 10%.

Предыдущие техники "взвеши­вания" черных дыр базировались на измерении периодов обращения их спутников (которыми обычно являются красные гиганты, реже — мас­сивные звезды более горячих клас­сов) или лучевых скоростей газов, образующих аккреционный диск. Новый метод основан на регистра­ции переменности рентгеновского блеска этого диска: при поступле­нии в него новых порций вещества они образуют участки повышенной плотности, причем радиус орбиты, по которой эти уплотнения враща­ются вокруг ЧД, напрямую зависит от ее массы: больше масса — больше радиус. Больший радиус орбиты со­ответствует большему периоду об­ращения и соответственно более длительному периоду рентгенов­ской переменности. Возникновение плотных участков — ученые назва­ли их "заторами" — сопровождается изменениями температуры аккре­ционного диска, отражающимися на спектре рентгеновского излучения. Все необходимые данные (в том чис­ле и спектральные) исследователям предоставил спутник Rossi (NASA). Используя информацию со спут­ника и метод Титарчука-Шапошни­кова, группа астрофизиков под руководством Тода Штромапера (Tod Strohmayer) попыталась оценить массу черной дыры в ядре неболь­шой галактики NGC 5408. находя­щейся в 16 млн. световых лет от нас в созвездии Центавра. Имелись по­дозрения, что эта галактика "приюти­ла" довольно необычный объект — так называемую ЧД промежуточной массы. Измерения показали, что эти подозрения обоснованы: квазиперподическая рентгеновская перемен­ность и спектральные характерис­тики источника соответствуют чер­ной дыре с массой около 2000 сол­нечных — это на два порядка боль­ше "обычных" ЧД, образовавшихся на месте погибших звезд, но намного меньше релятивистских объектов, обнаруживаемых в центрах круп­ных галактик (Млечный Путь, Ту­манность Андромеды, М87).

Черные дыры вращающиеся и заряженные

Шварцшильд решил уравнения ОТО для звезды, которая не вращается. От­сутствие вращения звезды — ситуация в космосе почти нереальная — ведь ней­тронные звезды вращаются чрезвычай­но быстро. Потому решение Шварцшильда считается недостаточно кор­ректным, и может быть лишь первым приближением. Более строгий подход требует учитывать при решении урав­нений ОТО и электрический заряд. Хо­тя, большинство ученых считает, что вряд ли в природе существуют ЧД с су­щественным электрическим зарядом, а если даже такие и найдутся, то они быс­тро его утратят в результате обмена за­рядами противоположной полярности с окружающей средой.

Строгое решение уравнений ОТО было "крепким орешком", и только в 1963 г. Роем П. Керром были получены надежные результаты. С тех пор враща­ющиеся ЧД получили название "керровских", иногда их еще делят на заря­женные и незаряженные.

Вращающиеся ЧД оказались на удивление интересными объектами. За горизонтом событий простирается об­ласть, называемая эргосферой (от греческого эргон — работа), которая извне ограничена некоторой поверхнос­тью — границей стационарности, ка­сающейся горизонта событий в двух точках — полюсах ЧД. Определяющим признаком эргосферы является абсо­лютное отсутствие покоя — даже кос­мический корабль, движущийся со ско­ростью света, не уберегся бы от вынуж­денного вращения. Создается впечатле­ние, что само пространство, подхвачен­ное вращением ЧД, закручивается вок­руг ее оси.

Некоторые ученые считают эффек­ты, связанные с существованием эрго­сферы, на редкость перспективными с точки зрения будущих технологий генерации энергии. Еще в 1969 г. Роджер Пенроуз теоретически доказал, что из эргосферы можно черпать энергию. Ес­ли извне в нее попадет частица с запа­сом энергии и распадется на два оскол­ка, один из которых обладает отрица­тельной энергией, то этот осколок упа­дет в ЧД, а другой (в соответствии с за­коном сохранения энергии и импульса) вылетит из эргосферы с энергией, пре­вышающей первичную энергию части­цы. Остается только найти механизм улавливания энергии второго осколка. Конечно, в таком режиме ЧД не сможет работать долго, но расчеты говорят о том, что до момента полной остановки этого мощного генератора можно выб­рать до 29 % ее начальной массы-энер­гии. Для сравнения, при термоядерных реакциях в недрах звезды только 1 % ее массы превращается в энергию. Пред­ложен еще один мощный механизм ге­нерации энергии с помощью эргосферы ЧД: облучая ЧД потоком электромаг­нитного излучения, при определеных условиях можно заставить ее работать как гигантский ускоритель, который будет излучать поток намного более мощный, чем входящий — это явление получило название "суперрадиация". Если же ЧД окружить сферой и заста­вить ее работать в режиме суперрадиа­ции, то в результате многоразового от­ражения и усиления излучения сфера превратится в гигантский накопитель энергии и, не выдержав внутреннего давления, со временем разорвется — произойдет взрыв гравитационной бомбы. Свою лепту в потенциальные источники энергогенерирования мо­гут внести и обычные шварцшильдовские ЧД. Ведь газово-пылевые облака при падении на них будут нагреваться и, перед тем как скрыться за горизон­том событий, излучать огромное ко­личество энергии. Все эти идеи ис­пользования огромной энергии, на­копленной в ЧД, конечно же, под­креплены точными расчетами, а вот что касается практической их реали­зации...