СВЕРХМАССИВНЫЕ ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ В ЦЕНТРАХ ГАЛАКТИК

Описанные в предыдущих разделах электрические цепи с участием черных дыр могут показаться читателю в лучшем случае абстрактными теоретическими игрушками, годными разве лишь на то, чтобы продемонстрировать некоторые необычные принципы электродинамики черных дыр. В известной степени читатель прав. Мы сознательно максимально упрощали схемы механизмов и рассуждали так, как будто мы уже можем Свободно экспериментировать с черными дырами чуть ли не в лаборатории.

Однако все сказанное в этих разделах в принцйпё действительно может быть осуществлено и, вероятно, будет осуществляться в будущем" (но, конечно, в гораздо более сложном виде).

Самое же важное заключается в том, что некоторые из описанных механизмов, вероятно, уже существуют во Вселенной! Природа сама позаботилась о создании гигантских электрических машин с участием черных дыр.

Прежде всего давайте познакомимся с тем, как могут возникать сверхмассивные черные дыры с массой в миллион масс Солнца и более и какие есть наблюдательные свидетельства их действительного существования.

Выше мы говорили о возникновении черных дыр «звездного происхождения». Они возникали в результате смерти обычных массивных звезд. Но, если мы проанализируем эволюционные процессы в других небесных телах и системах небесных тел, то придем к выводу, что черные дыры могут быть и другой, незвездной природы. В первую очередь это относится к объектам, которые можно условно назвать сверхмассивными звездами.

Обычные Звезды имеют массу до 60 масс Солнца. Звезды большей массы (скажем, 200, но меньше 1000 масс Солнца) не могут существовать длительно. Это связано с тем, что при наличии ядерного источника энергии в центре такой достаточно массивной звезды в ней возникают колебания, раскачивающие звезду и, вероятно, приводящие либо к сбросу вещества, либо к разрушению всей звезды.

Однако сверхмассивные звезды с массами в 1000 и больше масс Солнца, вероятно, могут существовать. В их равновесии существенную роль играют вращение и вызываемые им центробежные силы. Мы не будем здесь подробно останавливаться на этом вопросе. Для нас сейчас важно только одно — эти сверхмассивные звезды, теряя энергию на излучение, рано или поздно также должны потерять устойчивость, коллапсировать и превратиться в сверхмассивные черные дыры.

Образование таких сверхмассивных звезд может происходить, вероятно, лишь в тех местах, где имеются условия для скопления больших масс достаточно плотного газа. Такими удобными местами, видимо, являются центральные области больших звездных систем — галактик, возможно, центры шаровых звездных скоплений, а также квазары — ядра очень больших галактик.

Что происходит в центрах галактик и в центре нашей Галактики, в частности, исследовать очень трудно, так как эти области обычно закрыты облаками газа и пыли. Тем не менее бурные процессы в ядрах галактик показывают, что там протекают необычные явления.

Помимо газа в центрах рассматриваемых звездных систем могут быть очень компактные звездные скопления. Эволюция такого скопления приводит к тому, что скопление сжимается все сильнее и сильнее. Часто происходят столкновения звезд. В конце концов скопление

Рис. 11. Дисковая аккреция газа на сверхмасснвную черную дыру

звезд должно сколлапсировать подобно огромной звезде и породить сверхмассивную черную дыру.

Подобные же процессы должны, вероятно, происходить и в квазарах. Квазары — это объекты, находящиеся далеко за пределами Галактики. Их светимость превосходит светимость больших галактик в сотни раз. В то же время они крайне малы по размерам (излучение возникает в области, имеющей размеры меньше одного светового года). Так что и в квазарах может находиться гигантская черная дыра с массой в сотни миллионов масс Солнца.

Падение газа в поле тяготения сверхмассивных черных дыр, находящихся в ядре галактики и в квазарах, шрает важнейшую роль в различных наблюдаемых явлениях. Газ, который падает в сверхмассивную черную дыру в ядре галактики, может поступать из звезд, движущихся в ее окрестности. Эти звезды могут также разрушаться мощными приливными силами, и их вещество тоже будет падать в такую черную дыру.

В квазарах и ядрах галактик, являющихся источником мощного радиоизлучения, часто наблюдаются длинные тонкие прямолинейные выбросы, дающие радиоизлучение. Они получили название джетов. Иногда эти выбросы тянутся от центрального источника на десятки миллионов световых лет, не меняя своего направления в пространстве. Это означает, что джеты выбрасываются центральным источником в течение по крайней мере 10 млн. лет строго в одном направлении. По современным представлениям, процессы в окрестности черных

дыр могут объяснить совокупность наблюдательных данных. Быстровращающаяся сверхмассивная черная дыра, обладая огромной массой и малыми размерами, является прекрасным гироскопом, не меняющим направления оси вращения. Газ, стекающий к черной дыре, вдали от нее может двигаться в разных направлениях. Но вблизи черной дыры совместное действие гравимагнитных сил и трения струй газа приводят к тому, что вокруг нее образуется газовый диск, плоскость которого совпадает с экваториальной плоскостью вращающейся черной дыры (рис. 11). Движение газа в этом диске подобно тому движению, которое мы описывали, разбирая свойства черных дыр в двойных звездных системах. Вблизи черной дыры газовый диск, вероятно, достаточно толстый, и его внутренний край образует жерло, расширяющееся кнаружи вдоль оси вращения черной дыры. Джеты могут выбрасываться из этих жерл. Так как ось вращения черной дыры неизменна в пространстве, неизменным будет направление выброса джетов.