методы как наблюдений, так и предсказаний на основе наблюдений не стояли на месте; но, в противоположность случаю Нептуна, оценкам на этот раз подлежат свойства центрального объекта! Из измерения расстояний и скоростей звезд получается надежная оценка для его массы. Одна из звезд, получившая название S0-2, в точке своего максимального приближения к центру находится от него на расстоянии всего в 17 световых часов. Это сравнимо с расстоянием (12 с лишним световых часов), на которое в Солнечной системе успел улететь «Вояджер-1»; это в четыре раза дальше, чем находится от Солнца Нептун, который совершает оборот вокруг Солнца за 185 лет, но звезда S0-2 оборачивается вокруг черной дыры за 15 с половиной лет (а S0-102 – за 11 с половиной). Поэтому ее орбиту уже удалось проследить целиком: она совершила полный оборот на наших глазах, под неустанным наблюдением – и у нее уже заметен «эффект Меркурия», т. е. прецессия орбиты. S0-2 движется с орбитальной скоростью около 5000 км/с; высокие скорости, собственно говоря, и делают возможным эту удивительную ситуацию, где звезды в некотором роде играют роль планет, а смену их расположения из-за орбитального движения можно за не такое уж длительное время увидеть в телескоп[153]. И вся картина, не будем забывать, трехмерна, что яснее видно на рис. 7.13.
Рис. 7.12. Слева: участок неба размером одна угловая секунда на одну угловую секунду в направлении на центр Галактики. Точки – положения звезд, зафиксированные в период с 1995 по 2016 г. Линиями для наглядности показаны вычисленные по наблюдениям орбиты. Справа: та же область в центре Галактики, видимая в телескоп. Указаны положение черной дыры Стрелец A* (Sgr A*) и наблюдаемое положение звезды S0-2 (она же S2)
Рис. 7.13. Движение звезд вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Галактики: взгляд «сверху» (слева) и «с ребра» (справа)
Сильная гравитация выдает себя высокими скоростями
Черные дыры превращают в излучение падающую на них материю
Наличие сверхмассивных черных дыр в центрах галактик – типичное явление. Наша черная дыра Стрелец A* находится в спокойном состоянии (иначе, вероятно, факт ее наличия там некому было бы оценить); но гигантские черные дыры в центрах многих других галактик служат «мотором» для самых мощных долговременно действующих разбрасывателей энергии в космосе. В качестве «топлива» они получают просто вещество, какое найдется в галактике (межзвездный газ), а излучают в виде света заметную долю от массы этого вещества, т. е. заметную долю энергии mc2: по самым консервативным оценкам, не меньше одной десятой, что уже много, а возможно, и до четверти. (Солнце, например, за миллиард лет отправит в пространство, главным образом в виде света и в небольшой степени в виде нейтрино, всего лишь несколько сотых долей процента своей массы – притом что оно раскидает в космос около процента своего вещества в виде вещества, т. е. солнечного ветра.) Вещество, которое оказывается в области притяжения черной дыры, собирается в диск. Оно попадает в диск «издалека», а вот слишком близко к центру оно находиться не может, потому что ближе радиуса БУКО нет устойчивых орбит и все, что окажется в этой опасной близости от центра, не задерживаясь, падает на него. По пути от внешней границы диска к внутренней вещество трется само о себя, из-за чего разогревается и излучает энергию – производя эффекты, которые могут быть видны в телескоп на расстояниях в несколько миллиардов световых лет. Падающее вещество находится в сильно разогретом состоянии, поэтому светится, в том числе в высокоэнергетической части спектра – в рентгеновском излучении[154]. Часть энергии выделяется в виде концентрированных струй ионизированного вещества, разогнанного до скоростей, близких к скорости света. Струи выбрасываются вдоль оси вращения черной дыры в обе стороны и, как показывают наблюдения, могут иметь поистине космические размеры – до сотен тысяч и даже миллионов световых лет. Черную дыру в галактике М87 (см. рис. 3.13) выбрали для «фотографирования» в том числе и потому, что она проявляла себя, выбрасывая струи, хоть и всего на 5000 световых лет; они видны и в радио-, и в видимом, и в рентгеновском диапазонах (рис. 7.14)[155]. Не все детали происходящего в этих мощнейших преобразователях энергии понятны, но «в центре событий» там – черные дыры. Работающая здесь причинно-следственная цепочка неплохо иллюстрирует тезис Уилера, приведенный в главе «прогулка 6»: материя, прекратившая свое существование в известных нам формах, уже «все сказала» пространству-времени и проявляет себя только через гравитацию – т. е. кривизну; эта кривизна говорит другой материи, как двигаться, и сопутствующие этому движению яркие явления несложно наблюдать в космосе.
Рис. 7.14. Струя, порождаемая гигантской черной дырой в центре галактики M87, наблюдаемая в радиo- (слева), видимом (в центре) и рентгеновском (справа) диапазонах
Было бы очень интересно обзавестись черной дырой поближе к дому. Относительно недавно обсуждалась (не до конца понятно, с какой степенью серьезности) идея, что Планета 9 (см. главу «прогулка 3») – это забредшая в наши окрестности черная дыра. При массе около пяти масс Земли она очень невелика не только по космическим, но даже и по бытовым масштабам (рис. 7.15). Близкое соседство с ней, впрочем, окажется совсем не бытовым: тот, кому удастся оставаться неподвижным на расстоянии километра от нее, будет испытывать «перегрузку» величиной около двухсот миллионов (2 × 108) ускорений свободного падения на Земле: именно с таким ускорением выпущенные «из рук» предметы будут отправляться к центру. Впрочем, с «предметами» дело обстоит не очень хорошо: на таком расстоянии от центра притяжения и гайки, и муравьи, отправленные в свободное падение, будут пролетать уже в трудно узнаваемом виде. Любые два кусочка вещества, один из которых на 1 мм ближе к центру, чем другой, разрываются с силой, примерно в 400 раз превышающей их вес на Земле. Но на расстояниях, измеряемых десятками тысяч километров и более, такая черная дыра гравитационно проявляет себя как любое тело той же массы. Если Планета 9 – это и правда черная дыра, то единственный способ ее обнаружить – движение; придется и в самом деле разбрасывать гайки. Нужно только придумать, как эти гайки разогнать, чтобы они пролетели расстояние порядка 500 а.е. за время, делающее все
