ДВИЖЕНИЕ ТЕЛ ВОКРУГ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ

Тела, движущиеся вдали от черной дыры, подчиняются законам небесной механики Ньютона и движутся либо по эллипсам, либо по параболам, либо по гиперболам. Вблизи же черной дыры их движение совсем не похоже на предсказания ньютоновской теории (рис. 2).

Пусть скорость брошенного тела вдали от черной дыры много меньше скорости света. Если траектория такого тела подходит к невращающейся дыре на расстояние, почти равное то оно совершит вокруг нее много оборотов, прежде чем вновь улетит в пространство. Ежели тело подлетит к черной дыре на расстояние, меньше то, совершив вокруг нее несколько оборотов, оно упадет в черную дыру. Это явление называют гравитационным захватом.

Вокруг черной дыры возможны движения и по круговым орбитам. Однако имеется весьма существенная оговорка. Эти круговые орбиты не могут быть расположены достаточно близко к черной дыре!

Если радиус круговой орбиты меньше то движение становится неустойчивым. Малейший толчок — и тело либо упадет в черную дыру, либо улетит вдаль от такой орбиты. На орбите с радиусом тело движется со скоростью, равной половине световой. Чем ближе к черной дыре, тем большая требуется скорость, чтобы уравновесить силы тяготения.

На расстоянии от черной дыры лежит круговая орбита, по которой возможно движение лишь со скоростью света. Разумеется, это движение неустойчиво.

Еще ближе к черной дыре нет даже неустойчивых круговых орбит.

Если траектория светового луча подойдет к черней дыре на расстояние то она будет неограниченно навиваться на эту окружность, а при еще меньшем расстоянии луч света будет захвачен и упадет в черную дыру.

Движение тел вокруг вращающейся черной дыры имеет свои особенности.

Так, тела, летящие вблизи черной дыры в сторону, противоположную ее вращению, легче захватываются и падают в черную дыру. Тела, летящие вокруг нее в сторону ее вращения, захватываются с большим трудом, им для этого надо подлететь заметно ближе к черней дыре.

Все происходит так, как если бы гравимагнитное поле, существующее вокруг вращающейся черной дыры, действовало подобно праще, ускоряя и отбрасывая тем самым (т. е. препятствуя захвату) тела, движущиеся в ту же сторону, что и «вихрь» этого поля, и, наоборот, тормозя и захватывая тела, летящие в противоположную сторону. Изменяется ситуация и с круговыми орбитами. Как мы помним, для невращающейся черной дыры граница устойчивых круговых орбит лежит при . В случае быстро вращающейся черной дыры эта граница лежит гораздо ближе к горизонту, глубоко внутри эргосферы, но здесь тела могут двигаться только в сторону вращения черной дыры. В то же время для тел, обращающихся вокруг черной дыры в противоположном направлении, граница устойчивости лежит при

Сделаем несколько замечаний о распространении волн, имеющих длину, сравнимую с размером черной дыры. В этом случае вблизи черной дыры весьма существенны явления дифракции и интерференции. Оказывается, существуют резонансные частоты волн. На таких

Рис. 8. Гравитационная волна при падении тела по радиусу в черную дыру

частотах волны, возбужденные вблизи черной дыры или пришедшие извне, как бы резонируют, сравнительно медленно затухая. Конкретные значения резонансных частот зависят от природы волн и несколько различны для разных волн. Но для нас эти тонкости не очень существенны, мы можем считать, что длина волн резонансного излучения всегда порядка размеров черной дыры.

Имеется аналогия (правда, отдаленная) между рассмотренным нами явлением и звоном колокола, звучащего на резонансных частотах. В силу этой аналогии резонансное излучение, возбужденное в окрестности черной дыры, называют ее «звоновым» излучением.