АККРЕЦИЯ ГАЗА ЧЕРНОЙ ДЫРОЙ

Нельзя ли у частицы, кружащей вокруг черной дыры, отбирать энергию не в виде трудно уловимых гравитационных волн, а каким-либо другим способом, который позволил бы легче использовать отводимую энергию? Такой способ есть. Более того, он, вероятно, реально осуществляется в природе.

Речь идет о движении частиц газа вокруг черной дыры. Если кружить вокруг черной дыры будут слои газа, то трение их друг от друга приведет к разогреву, выделению тепловой энергии, которая будет высвечиваться в Окружающее пространство в виде электромагнитных волн.

Представим себе тесную двойную систему, одна из компонент которой является умершей звездой, превратившейся в черную дыру, а вторая компонента нормальная звезда-гигант с раздувшейся газовой оболочкой. Обе компоненты совершают орбитальное движение под действием взаимных сил тяготения. Газ из раздувающейся оболочки звезды-гиганта будет под действием тяготения течь к черной дыре. Перетекающий газ не может просто упасть в черную дыру. Из-за орбитального движения компонент двойной системы частицы газа имеют угловой момент относительно черной дыры. Поэтому, приближаясь к ней, слои газа будут закручиваться, образуя диск. Частички газа движутся при этом почти точно по круговым орбитам, наподобие маленьких планет. Однако имеется очень существенное отличие в движении газа от движения изолированных тел по круговым орбитам вокруг тяготеющего центра. Слои газа, движущиеся на разных расстояниях с разной угловой скоростью, испытывают трение. Это ведет к двум эффектам. Во-первых, газ нагревается, происходит переход кинетической энергии орбитального движения частиц в тепло, затем в излучаемую газом световую энергию. Во-вторых, из-за трения происходит постепенная перекачка углового момента от внутренних частей диска к наружным, где этот угловой момент вместе с небольшой частью газа, поступающего в диск, выбрасывается из системы.

Рассмотренные процессы ведут к тому, что слои газа в диске, постепенно теряя кинетическую энергию и момент, уменьшают радиусы своих орбит, приближаясь к черной дыре по очень пологой спирали. Если для изолированного тела на круговой орбите, рассмотренного в предыдущем параграфе, энергия и моменты отводились гравитационными волнами и процесс шел очень медленно, то здесь дело идет несравненно быстрее. Наконец, слои газа достигают последней устойчивой круговой орбиты вокруг черной дыры. Дальше уже орбитальное движение невозможно, и газ сваливается вчерную дыру, у внутренней кромки диска газ должен

разогреться, как показывают расчеты, до температуры десять миллионов градусов и даже больше. При этом он будет излучать рентгеновские лучи. Следовательно, черные дыры во Вселенной можно искать как рентгеновские источники в составе тесных двойных звездных систем. Именно так предлагали искать черные дыры в 1964 г. академик Зельдович и автор этой брошюры, а в 1965 г. — член-корреспондент АН СССР И. С. Шкловский.

В начале 70-х годов с помощью американского специализированного рентгеновского спутника были открыты многочисленные рентгеновские источники и среди них источник, получивший название Лебедь Дальнейшие исследования показали, что рентгеновское излучение этого источника, по-видимому, возникает в газовом диске вокруг черной дыры, входящей в двойную звездную систему. Звезда-гигант в этой системе имеет массу около 20 солнечных масс, а черная дыра массу около 10 масс Солнца. Эта система находится от нас на расстоянии около 6 тыс. световых лет. Мощность рентгеновского излучения около т. е. в несколько тысяч раз больше, чем полная мощность солнечного излучения. Газ, поступающий в диск из оболочки звезды-гиганта, тратит около месяца, чтобы по пологой спирали в диске приблизиться к внутреннему его краю и упасть в черную дыру. Это несравненно быстрее, чем в случае потери энергии телом путем гравитационного излучения. В наружных частях диска его температура несколько десятков тысяч градусов, а во внутренних частях радиусом 100—200 км, откуда идет основная энергия, температура Достигает десятков миллионов градусов. Напомним, что радиус черной дыры с массой 10 масс Солнца составляет 30 км. В настоящее время известны и другие рентгеновские источники, которые, возможно, "являются черными дырами.

Таким образом, вероятно, механизм дисковой аккреции газа на черную дыру реально работает во Вселенной. Какова эффективность этого механизма? Полное количество выделенной энергии массой газа за все время движения в диске вплоть до достижения границы устойчивости, очевидно, равно энергии связи на этой границе. Это значит, что эффективность такая же, как и в случае гравитационного излучения при круговом движении, т. е. составляет 6% от для невращающейся

черной дыры и может достигать 42% в случае вращающейся дыры.

Но надо подчеркнуть, что при дисковой аккреции газа энергия выделяется в виде электромагнитного излучения, которое легко улавливать и преобразовывать. Таким образом, во Вселенной, по-видимому, есть готовые энергетические машины с черными дырами, которые можно использовать.