Що таке «чорна дірка»?

Ми знаємо, що на кожне тіло, яке знаходиться на поверхні Землі, Місяця чи іншої планети, діє з боку планети сила всесвітнього тяжіння. Але неважко зрозуміти, що сила всесвітнього тяжіння діє і на кожну частинку поверхні планети з боку решти маси планети. Іншими словами, під дією сил взаємного притягання Земля, будь-яка інша планета чи зірка стискається. У 30-х роках нашого століття американський фізик-теоретик Роберт Оппенгеймер розглянув цікаву теоретичну можливість. Якщо дуже велика маса речовини виявиться в порівняно не великому об'ємі, то її стискання під дією власного притягання може стати нестримним і в результаті утвориться тіло мізерних розмірів, але з величезною густиною речовини. Оппенгеймер вважав, що таких тіл ми ніколи не зможемо спостерігати. Він також; вважав свої розрахунки су то теоретичними вправами. Але з розвитком астрономії вчені все більше схиляються до думки, що розглянута Оппенгеймером теоретична можливість має безпосереднє відношення до життя гігантських зір, маси яких в 2—3 і більше раз перевищують масу Сонця.

«У розквіті сил» гігантська зірка багато в чому подібна до надутої кулі з розжареного газу. її грандіозні розміри підтримуються внутрішнім тиском, який виникає в центрі зірки в результаті ядерних «пожеж», що «палають у надрах» зірок. Цей тиск протистоїть силі взаємного притягання частинок речовини зірки, неймовірно велике значення якого важко собі уявити. Але коли ядерне паливо зірки вичерпується і зірка «вмирає», то сили взаємного притягання речовини за законом всесвітнього тяжіння починають перевищувати сили внутрішнього тиску, і зірка стискається.

Але зі зменшенням радіуса зірки (відповідно до закону всесвітнього тяжіння) швидко зростає сила притягання, яка діє на всі частинки зірки. Якщо маса зірки велика, то сила притягання між частинками речовини така значна, що зірка перетворюється в кулю діаметром 1—2 км. Чайна ложка речовини такої кулі може мати масу в мільярди тонн.

У процесі стискання зростає сила, з якою зір­ка притягує будь-яке тіло, яке знаходиться на її поверхні чи поблизу зірки. Силу притягання тіла планетою чи зіркою часто характеризують так званою другою космічною швидкістю. Ви, напев­не, знаєте, що для Землі перша космічна швид­кість (тобто швидкість, з якою треба запустити ракету, щоб вона стала штучним супутником Землі), становить приблизно 7,9 км/с. Якщо ж ракеті надати швидкість приблизно 11,2 км/с, ракета назавжди покине Землю, тобто швидкість 11,2 км/с є другою космічною швидкістю для Землі. Зрозуміло, що чим менша сила притягання діє на те чи інше тіло на поверхні планети, тим менше значення має друга космічна швидкість. Так, для Місяця вона становить усього 2,4 км/ с, а для Марса — 5,1 км/с.

Навпаки, чим більша сила діє на тіла на поверх ні планети, тим важче з неї полетіти, тим більше значення має друга космічна швидкість для цієї планети. Так, для Сатурна друга космічна швидкість становить 36, а для Юпітера — 60 км/ с. Але повернемося до явища стискання зірки.

У процесі стискання зірки швидко зростає сила, яка діє на тіло на поверхні зірки, і значення другої космічної швидкості для цієї зірки. І ось настає момент, коли друга космічна швидкість для зірки, що стискається, тобто швидкість звільнення від притягання зірки, виявляється такою, що дорівнює швидкості світла, тобто 300 000 км/ с. І тоді виникає дивовижна ситуація. Жодна частинка, більше того, навіть жодний промінь світла не може подолати грандіозної сили притягання і вирватися з утвореної кулі. Це означає, що куля, яка виникла, перестає бути видимою — утворюється невидима «чорна дірка».

Докази існування «чорних дірок» учені шукають вже багато років, але недавно' з'явилося повідомлення про виявлення їх у космосі. Образ «чорної дірки» народився на кінчикові пера вчених біля сорока років тому, але тривалий час розглядався всіма чи майже всіма як витвір буй­ної фантазії фізиків-теоретиків. Ще років десять тому в реальність «чорних дірок» вірили лише ентузіасти-одинаки, проте останнім часом положення істотно змінилось. Науковий і ненауковий світ, подивувавшись чудасіям природи, змирився з її екстравагантністю і визнав «чорні дірки». Всім раптом стала зрозумілою абсолютна неминучість «чорних дірок». Ніби з їх визнанням у картині оточуючого нас світу раптом все стало на свої місця.

Три групи астрономів — дві американські і одна англійська — повідомили, що вони виявили ознаки «чорної дірки» в сузір'ї Лебедя, яке знаходиться від нас на такій відстані, що світло від нього йде до Землі близько 8000 років. Вивчаючи характер руху зірки Х-І, яка вважається в ЗО раз більшою за Сонце, американські астрономи ді йшли висновку, що перед ними так звана «подвій на зоря». Ця система випускає надзвичайно короткі імпульси потужного рентгенівського випромінювання. Учені вважають, що в цьому випадку звичайна зірка і «чорна дірка» обертаються одна навколо одної, причому, оскільки з боку «дірки» на речовину звичайної зірки діє величезна сила тяжіння, «дірка» відсмоктує гази в свого «компаньйона» і втягує в свою «пащу».

Оскільки «чорна дірка» дуже компактна, то во на обертається з надзвичайно великою швидкістю, яка розірвала б звичайну зірку на шматки. Поєднання високої швидкості обертання і високої температури газів якраз і забезпечує вироблення тих коротких імпульсів рентгенівського випромінювання, які були відмічені астрономами. Англійські астрономи довели, що рентгенівське випромінювання зоряної системи Лебідь Х-І у мільйони раз перевищує енергію, яка випуска­ється Сонцем.

Радянські астрономи виявили «чорну дірку» значно ближче до Землі, ніж «кандидат» на цю роль із сузір'я Лебедя. Вони знайшли її не за рентгенівським випромінюванням, а вивчаючи вплив її сили тяжіння на зірки. По тому, як зірки згруповані в сузір'я, можна визначити, які сили взаємного тяжіння діють на зірки, а звідси їхню загальну масу. Коли радянські астрономи виконали подібні розрахунки для скупчення зірок в одній із сусідніх галактик, вони для маси дістали результат, який в 1000 раз перевищує той, який вони дістали, аналізуючи лише видимі зірки. До слідники зробили висновок, що для пояснення цієї розбіжності, в скупченні має бути масивна «чорна дірка».

Інтерес до природи цих таємничих і екзотичних об'єктів дедалі зростає.

Закони сучасної фізики фактично вимагають, щоб «чорні дірки» існували. Більше того, ряд учених припускає, що тільки наша Галактика може містити мільйони їх.

Нещодавно три американські фізики Лоуелл Вуд, Томас Уівер і Джеймс Накколс заявили, що коли «чорні дірки» існують і якщо їх пощастить відшукати в нашій Сонячній системі, то навіть міні «чорна дірка» стане практично невичерпним джерелом енергії за рахунок енергії ядерного синтезу чи перетворення енергії випромінювання «дірки».

Як джерело енергії «чорна дірка» не має собі рівних: не засмічує атмосфери продуктами згоряння, не потребує «обслуговування й ремонтів» і не становить небезпеки для нашої планети.

Цілком можливо, що в недалекому майбутньому ми станемо свідками полювання за «чорними дірками».

Існують вже й проекти, запропоновані іноземними вченими, як саме можна використати енергію «чорної дірки». В одному з проектів пропо нується «обстрілювати» її термоядерним паль ним, наприклад воднем. Потрапивши на «дірку», водень під дією гігантської сили притягання стискається, розігрівається і може вибухнути. Звільнювана під час вибуху енергія може бути перетворена в електричну й передана на Землю.