Без телескопа легче всего найти на небе галактику в созвездии Андромеды. Её называют Туманностью Андромеды. Это наша ближайшая галактическая соседка. Луч света, который за секунду преодолевает триста тысяч километров, долетает к нам от Туманности Андромеды за два миллиона триста тысяч лет… Эта галактика очень похожа на нашу, поэтому, глядя на неё, можно представить, как выглядит наша Галактика.
Подобно планетам и звёздам, галактики бывают очень разными, но об этом поговорим позже.
Мы живём в начале двадцать первого века. А в середине прошлого столетия астрономам казалось, что вся Вселенная открыта, потому что уже тогда знали о мире галактик. Знали и о том, что галактики, как и звёзды, живут не в одиночку, а в галактических «городах», которые называются скоплениями и сверхскоплениями галактик.
Знали также, что галактики разбегаются друг от друга, потому что наша Вселенная расширяется (её расширение началось после Большого Взрыва). Знали, наконец, и то, что между звёздами и между галактиками есть газ, который астрономы умеют обнаруживать и изучать. В истории Вселенной газ играет очень большую роль. Именно в космических газовых облаках, совершенно не похожих на привычные для нас облака, рождаются звёзды.
В галактиках кроме звёзд, планет и газа есть невидимые чёрные дыры. Удивительны эти невидимки, о которых будет рассказано в этой книжке!
И всё-таки недавно было сделано, пожалуй, ещё более удивительное открытие, о котором ты сейчас услышишь впервые: астрономам удалось обнаружить заполняющий Вселенную невидимый «океан», состоящий из чего-то пока загадочного. Его даже «взвесили», и он оказался во много раз тяжелее, чем Вселенная, которая известна астрономам.
Чтобы помочь тебе представить всё это, мы нарисовали Вселенную в виде ледяной глыбы — айсберга. Подводная его часть — загадочный «океан», а надводная — наблюдаемая астрономами Вселенная, то есть галактики, звёзды, планеты… Вот какой сложной и неожиданной оказалась Вселенная!
Как стали догадываться, что во Вселенной могут быть чёрные дыры
Сегодня астрономы в разных странах изо всех сил стараются отыскать чёрные дыры во Вселенной. Одни уверяют, что чёрные дыры уже открыты. Другие говорят о том, что тайна чёрных дыр вот-вот уже будет разгадана и скоро наступит день, когда наконец будет сделано величайшее открытие в астрономии. Почему величайшее? Да потому что чёрные дыры — самое удивительное из того, что до сих пор было открыто в звёздном мире и галактиках.
Астрономия — одна из древнейших наук о Вселенной. Она зародилась тысячи лет назад, но «чёрнодырная лихорадка» охватила астрономов лишь в последние десятки лет. Математики и физики начали открывать чёрные дыры на «кончике пера» — с помощью сначала простых, а потом и очень сложных математических вычислений — задолго до того, как их стали искать астрономы. Ещё лет двести назад догадывались о том, что могут существовать странные тёмные небесные тела. Эти небесные тела, как и все другие, притягивают к себе окружающие предметы, но во много раз сильнее. Например, наша Земля своим притяжением не только заставляет падать брошенный на неё камень или выпущенный из пушки снаряд, но и удерживает на орбите Луну.
Солнце силой своего притяжения удерживает на орбитах все планеты, астероиды и кометы. Но и от Земли, и от Солнца всё-таки можно улететь в космическое пространство. Современные космические ракеты способны развивать такие скорости, при которых установленные на них космические аппараты долетают до Луны и планет Солнечной системы.
Какой же должна быть скорость «убегания» от Земли? Чуть более 11 километров в секунду. Такая скорость имеет специальное название — «вторая космическая скорость». Возможно, ты слышал и о первой космической скорости, которая необходима космическому аппарату, чтобы он стал искусственным спутником Земли. Первая космическая скорость примерно на 3 км/с меньше, чем вторая. Чем сильнее притяжение небесного тела, тем больше скорость «убегания». От Солнца «убежать» значительно труднее, чем от Земли.
Ты знаешь, что автомобиль едет быстрее бегущего человека, самолёт летит быстрее автомобиля, а космическая ракета — во много раз быстрее любого самолёта. Но самый быстрый — это луч света. Поэтому лучи света без труда покидают такие огромные и тяжёлые небесные тела, как Солнце и звёзды.
Чёрная дыра, в отличие от любых планет и звёзд, имеет чудовищно большую силу притяжения и способна удержать в своих цепких объятиях даже лучи света! Вот почему она невидимка. Она не может светить, как, например, Солнце или другие звёзды, которые сами излучают свет и потому называются самосветящимися. Чтобы «убежать» от чёрной дыры, нужно иметь скорость большую, чем скорость света, но это просто невозможно, потому что скорость света — самая большая скорость в природе.
Итак, задолго до того, как за дело взялись астрономы-наблюдатели, чёрные дыры уже «появились» в написанных на бумаге формулах. Но астрономов, занятых своей работой, это, похоже, не очень заинтересовало. До начала поиска чёрных дыр оставалось ещё немало десятилетий. А сейчас уже есть множество научных сообщений о чёрных дырах, статей и даже книг. Кое-что о чёрных дырах предстоит узнать и тебе.
Сначала чуть-чуть пофантазируем. Ты уже знаешь, от чего зависит скорость «убегания». Помнишь, мы говорили о второй космической скорости для нашей Земли, которая немного больше 11 км/с? Если бы размер земного шара был в два раза меньше, то, как показывают вычисления, вторая космическая скорость стала бы в четыре раза больше. Будем мысленно продолжать уменьшать Землю и тем самым увеличивать скорость «убегания».
Представь себе сказочного великана, который так увлёкся, что сжал Землю почти до размеров спичечной коробочки. Знаешь, что тогда произошло бы? Земля превратилась бы в чёрную дыру, так как даже лучи света не могли бы оторваться от этого крошечного тяжёлого предмета!
Если бы великан захотел превратить Солнце в чёрную дыру, ему пришлось бы сжать огромное Солнце в небольшой шар — размером «всего лишь» несколько километров…
Великан мог бы изготавливать чёрные дыры и другим способом, складывая в разных частях Вселенной множество проживших свою жизнь звёзд, планет и другого космического материала. В результате у него могли бы получиться чёрные дыры, причём очень-очень тяжёлые.
Ты, конечно, понимаешь, что придумать можно любого великана и его фантастические проделки. А что же происходит на самом деле? Как во Вселенной рождаются чёрные дыры?
Поговорим об этом подробнее.
Звёздные чёрные дыры — умирающие звёзды
