Там, където пространството и времето се рушат

В науката няма обект, по-тайнствен от черните дупки. Всички въпроси, свързани с тях, са въпроси, засягащи Вселената като цяло.

Научен факт е това, че 0,1% от масата на нашата галактика е съсредоточена именно в ада на дупките.

Да се даде определение на черните дупки, не е лесно. Ако се вярва на физиците, това явление представлява привличане, достигащо колосални величини. В резултат в пространството възникват толкова плътни области, че дори светлината не може да преодолее гравитационното им привличане.

Поглъщаното от черната дупка вещество се нагрява и потапяйки се в „бездната“, започва да излъчва много висока енергия. В състава на това лъчение влиза и рентгеновото, което са способни да откриват телескопите на околоземна орбита.

Известно е, че черната дупка „поглъща“ не само намиращите се наблизо физически предмети, но и светлината. По тази причина тя е невидима, откриването на мястото в пространството на такива явления може да стане само въз основа на косвени признаци.

Естествено, науката просто не е могла да мине покрай този обект, възникващ след смъртта на големи звезди (основно ги наблюдават в далечни квазари, във взривяващи се ядра на галактики).

Черните дупки притежават цяла редица фантастични качества – в тях се изменят свойствата на пространството, забавя се времето. Тези две основополагащи съставки на нашето битие в уникалната зона се завъртат като водовъртеж. Учените смятат, че в нейните дълбини пространството и времето се разпадат на кванти.

Фактически става дума за гравитационен капан, от който няма изход. Освен това при тази бездна просто липсва… наблюдаема повърхност. Ако при неутронните звезди са регистрирани силни магнитни полета и строго периодични пулсации на рентгеновите лъчи, то черната дупка се характеризира с неподдаващи се на изчисления флуктуации на лъчението.

Разбира се, още една особеност – това явление е уникално по количество натрупана енергия. Във Вселената не съществуват обекти, които биха съдържали повече от черните дупки. Фактически пред нас е неизчерпаем източник.

Черната дупка първо се появила на хартия, когато през XVIII век учените – Джон Мичъл и Пиер-Симон Лаплас – обърнали внимание на „предсказание“, съдържащо се в Нютоновата теория. Математическото решение на този проблем видяло бял свят едва по-късно.

В началото на XIX век Лаплас първи заговорил за теоретична възможност за съществуването на черни дупки. В знаменития „Курс по теоретична физика“ Лев Ландау и Евгени Лифшиц нарекли тази загадка на Вселената най-красивата от всички съществуващи теории, а Макс Борн ѝ се възхищавал като „творение на изкуството“.

Подобно отношение този обект предизвиква практически сред цялата научна общественост. Но очевидно най-поетично се изразява американският физик Кип Торн:

„От всички изобретения на човешкия ум, от еднорозите и химерите до водородната бомба, най-фантастичен е образът на черната дупка, чиято граница не може да пресече нищо и дори светлината се задържа в мъртвата ѝ хватка.“

В наши дни, задействайки за наблюдение орбитални телескопи, учените са установили любопитни факти. Оказало се, че черните дупки се делят на два вида. Към първия се отнасят обекти, чиято маса е поне три пъти колкото на нашето светило. Към втория са така наречените свръхмасивни черни дупки (с размери от милиони до милиарди слънчеви маси).

Досега специалистите са фиксирали местоположението на около 20 масивни и около 200 свръхмасивни черни дупки. Освен това са установени още около 220 места, в които вероятно се намират такива космически чудовища.

„Главната загадка на Вселената“ не спира да предоставя информация за размисъл на изследователите . Много въпроси възникват във връзка с откриването на малки, но свръхмасивни черни дупки.

Например обектът, който се намира в центъра на галактиката NGC 4395 в съзвездие Ловджийски кучета, е интересен с това, че въпреки математическите изчисления, излъчва изключително интензивно в рентгеновия диапазон. Тази черна дупка е толкова мощна, както и особено големите ѝ „посестрими“ в центъра на други галактики. А тази „невидимка“ е по-тежка от нашето светило „само“ 50 000 пъти, докато обичайните свръхмасивни черни дупки са милиони и милиарди пъти по-масивни от Слънцето.

Наличието на малки по размери, но особено мощни „загадки на Вселената“ може да обясни свойството на един от типовете активни галактики. Смята се, че в техния център има черни дупки; такива галактики не са толкова ярки като квазарите, но изпускат голямо количество рентгеново лъчение.

Свръхмасивните черни дупки излъчват във Вселената несравнимо повече енергия, отколкото всички звезди, взети заедно. Много подобни обекти вероятно са се формирали относително скоро; изследователите смятат, че около 15% от свръхмасивните черни дупки са възникнали, когато възрастта на Вселената е била наполовина на сегашната.

Сега „невидимките“ също продължават да растат. В последните години стана ясно, че Вселената не само се разширява, но и прави това с прилично ускорение. Това осигурява огромни невидими маси материя. Загадъчни „бели петна“ произвеждат 30% от енергията, от която протича разширението. Но откъде се вземат още 70%, засега е неизвестно (учените наричат тази част „тъмна енергия на Вселената“).

Масата на загадъчните обекти, образуващи се в резултат на колапс на газови облаци, от милиони до милиарди пъти превишава масата на звездите. Размерите на такива „острови на мрака“ са сравними с размерите на нашата Слънчева система.

Освен това според астрономите свръхмасивните черни дупки се съдържат в центъра на повечето галактики. Нашата също не е изключение от общото правило. Наблюдения на свръхмасивна черна дупка, въртяща се една около друга в центъра на NGC 6240 (в съзвездие Змиеносец), позволили да се предположи: в случай на сливане на галактики техните черни дупки също се обединяват. Приключването на този процес отнема няколкостотин милиарда години.

По същество черната дупка е неизучен елемент от нашата Вселена, своеобразно „бяло петно“. Но съвременната физика фактически изисква това явление да съществува, и то в достатъчно количество. И такива активни галактични източници всъщност са наистина много. В рентгеновия диапазон ние виждаме десет пъти повече галактики, отколкото при детайлен оптичен обзор.

И така, оказва се, въпросното явление е доста разпространено във Вселената. Затова в последното десетилетие е възникнало ново перспективно направление – демография на черните дупки. То изучава разпределянето на тези загадъчни обекти в пространството и взаимодействието им с други материални обекти.

Особено внимание на изучаването на черните дупки отделя Стивън Хокинг. Той оглавявал в Кеймбридж катедрата, която някога е завеждал Исак Нютон. Този блестящ британски физик, имащ 12 научни степени, лауреат на Нобелова награда (1998) и на Почетния орден, член на Кралското научно общество на Великобритания и Националната академия на науките на САЩ, вече почти четвърт век страда от рядко заболяване – латерална амиотрофична склероза, приковала го към инвалидната количка.

След многогодишна работа Хокинг стига до извода: квантовото изпарение от черните дупки е неизбежно. А това значи, че тези обекти умират. Изчисленията на британския учен показват: черна дупка с тегло 1 милиард тона би стигнала размера на неутрон или протон.

Разбира се, професорът е убеден, че времето на формиране на загадъчните вселенски чудовища превъзхожда времето на живот на самата Вселена. Квантова теория на черните дупки засега не съществува, а това означава, че процесите, за които говори Хокинг, засега не може да бъдат разбрани в пълна степен.

Вниманието на специалистите към проблема за съществуването на черни дупки се обяснява с доста уважителни причини. Сравнително скоро космическият телескоп „Хъбъл“ е фиксирал интересен, но не особено приятен факт – черната дупка GROJ 1655-40 от съзвездие Скорпион се движи директно към нашето Слънце.

Невидимото чудовище се намира безспорно далече от нас – на разстояние 6000 светлинни години. Но повод за притеснения има. Скоростта на обекта внушава уважение – тя е 40 000 км в час! При движението си черната дупка се „храни“ със звезди. Очевидно същото ще се случи в далеч не светлото бъдеще и с нашето собствено Слънце. В същото време учените се опитват да разберат какво представлява тази напаст.

През лятото на 2004 година Стивън Хокинг заявява, че напълно е разкрил тайната на черните дупки – главната загадка на Космоса. За тази цел астрофизикът е обединил теорията на относителността и квантовата механика в една теория. Хокинг твърди, че черните дупки далеч не се явяват „гробища“ за звезди и всепоглъщаща субстанция.

Още през 70-те години ученият доказал, че обменът на енергия между тези обекти и външното пространство е напълно възможен. Черните дупки – „място, където се разрушава класическата концепция на пространството и времето по същия начин, както и всички известни закони на физиката“ – изобщо не са краят на света. Те изцеждат лъчеви потоци и се явяват редови еволюционни обекти.

Но това явление предизвикало парадокс – британският професор твърдял, че енергията, постъпваща от черната дупка, не съдържа никаква „информация“ за погълнатата материя. След изпаряването на черната дупка от нея не остава и следа, следователно не остава и никаква информация. А това противоречи на всички закони на квантовата механика.

30 години Хокинг се опитвал да разреши този парадокс. Сега професорът смята, че загадъчните „бели петна“ все пак позволяват на информацията да излезе навън; в такъв случай попадането в черната дупка „не е пътешествие с еднопосочен билет“.

Според теорията на Хокинг черните дупки нямат ясно очертан хоризонт на събитията, който да крие всичко в тях от външния свят, и не унищожават попадащите в тях тела без следа. Вместо това жертвите на гравитационния капан продължават да излъчват енергия за дълъг период от време, докато „черната дупка се формира“.

„Но след това хоризонтът се отваря и изпуска информация за това, което е попаднало вътре, така че ние можем да проверим миналото и да предскажем бъдещето“, твърди ученият. Вярно, следващото му твърдение веднага разочаровало любителите на научната фантастика: „Ако попаднете в черна дупка, вашата маса-енергия ще бъде върната в нашата Вселена, но в осакатен вид.“

Впрочем загадъчните невидими чудовища, оказва се, са способни да пеят! Тоест от тях излизат звукови вълни. Например подобен обект от съзвездие Персей (на 250 млн. светлинни години от Земята) постоянно „напява“ нота, съответстваща на си бемол, но с 57 октави под първа октава.

Какво е това? Свидетелство за процеса, благодарение на който праховият облак, заобикалящ черната дупка, се нагрява? Явно е така.

Но въображението рисува картина, доста далечна от науката – чувайки поредната порция предложения и догадки за собствената си персона, грандиозната черна дупка продължава иронично да се присмива над учените, напявайки си песничка за Времето…

„100 знаменитых загадок природы”