ЧЕРНАЯ ДЫРА — ГЕНЕРАТОР ИЗЛУЧЕНИЯ

Что будет происходить, если черная дыра облучается какими-либо волнами? На первый взгляд, ответ прост. Волны, которые проходят очень близко от черной дыры, гравитационно захватываются ею и навсегда исчезают. Другие волны, идущие несколько дальше, искривляют гною траекторию и вновь уходят в пространство. Это процесс рассеяния волн черной дырой. При приближении волн к черной дыре их частота возрастает (этот, эффект называют фиолетовым гравитационным смещением), но когда рассеянные волны вновь уходят вдаль от черной дыры, их частота уменьшается (красное гравитационное смешение). В итоге частота волн возвращается к первоначальному значению, которое было до приближения к дыре.

Итак, общая картина получается следующей: при облучении черной дыры часть электромагнитных волн попадает в нее, а часть рассеивается с той же частотой, которая была до рассеяния. Из-за того, что часть электромагнитных волн навсегда захватывается черной дырой, интенсивность рассеянных волн меньше, чем первоначальная интенсивность облучающего пучка.

Пока все выглядит тривиально. Но возможна, оказывается, ситуация, когда интенсивность рассеянных электромагнитных волн будет больше, чем облучающих. Для этого необходимо, чтобы была достаточно мала частота облучающих волн.

Пусть частота волн, их орбитальный момент, частота вращения черной дыры: Тогда при выполнении условия

рассеянные электромагнитные волны будут более интенсивными, чем падающие. Этот процесс усиления был открыт в 1971 г. академиком Зельдовичем. Он получил название суперрадиации. Суперрадиация, по существу, аналогична ранее рассмотренному нами процессу увеличения энергии тела, выбрасываемого из эргосферы и отнимающего вращательную энергию черной дыры (при суперрадиации также отнимается вращательная энергия черной дыры). Следует отметить, что при облучении вращающейся дыры электромагнитными волнами усиление их не очень велико. Максимально возможное

усиление энергии электромагнитной войны составляет всего 4,4%.

Явление суперрадиации проявляется при облучении черной дыры не только электромагнитными волнами другими видами излучении. Так будут усиливаться. Например, низкочастотные гравитационные волны, падающие на вращающуюся черную дыру. Причем условие возникновения суперрадиации для всех видов излучений одно и то же и определяется приведенным выше неравенством. Однако коэффициент усиления различный для разных видов излучений. Так, для гравитационных волн максимальное усиление 138%, т. е. гораздо больше, чем для электромагнитного излучения.

Попытаемся теперь на основе рассмотренного процесса сконструировать генератор излучения, например генератор электромагнитного излучения.

Окружим вращающуюся черную дыру сферой, отражающей электромагнитные волны. Пусть внутри этой сферы имеется хотя бы ничтожное количество электромагнитных волн, для которых выполнено условие возникновения суперрадиации. Эти волны, падая на черную дыру, усиливаются и уходят вдаль от черной дыры. Здесь они встречают отражающую сферу, отражаются и снова устремляются к черной дыре, где вновь усиливаются. Процесс повторяется снова и снова, и энергия усиливающегося излучения будет лавинообразно нарастать.

Если в отражающей сфере сделать отверстие, то часть усиливающихся волн будет через него выходить наружу. И тем самым наша установка станет генератором электромагнитного излучения, в котором вращательная энергия черной дыры непосредственно трансформируется в электромагнитное излучение.

Подчеркнем, что заметно усиливаются только водны; имеющие длину, сравнимую с размером черной дыры.

Существует еще один способ непосредственного превращения энергии вращения черной дыры в излучение, на этот раз гравитационное.

Представим себе частицу, кружащую вокруг вращающейся черной дыры. Эта частица, как мы знаем, будет при движении излучать гравитационные волны в пространство. Оказывается, можно так подобрать параметры орбиты частицы, что из-за эффекта

суперрадиации волн она будет при движении поглощать как раз столько энергии (источником которой является вращательная энергия черной дыры), Сколько сама излучает в пространство. Орбита такой частицы уже не будет уменьшаться из-за гравитационного излучения (как это было выше рассмотрено), поскольку потери энергии здесь скомпенсированы ее поглощением. Такие орбиты газывают «плавающими орбитами», так как они не опускаются в черную дыру, как бы плавают на воображаемой поверхности, не опускаясь вниз.

Описанная система непосредственно трансформирует вращательную энергию черной дыры в гравитационное излучение.