§ 11. ГЕОДЕЗИЧЕСКОЕ СИНХРОТРОННОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

Так было названо излучение (различной природы), сопровождающее движение частиц по круговым (неустойчивым) геодезическим вокруг черных дыр с релятивистской скоростью. Интерес к геодезическому синхротронному излучению был стимулирован работой Мизнера [165], в которой была высказана мысль о возможности интерпретации результатов Вебера 1969 г. [166] (впоследствии неподтвердившихся) путем привлечения механизма Такой механизм в принципе мог бы помочь разрешить противоречие в энергетическом балансе Галактики, которое возникало бы, если предположить, что события, сообщенные Вебером, связаны с источником в центре Галактики, излучающим гравитационные волны изотропно и в широкой полосе частот. Величина сигналов, принимавшихся Вебером, соответствует потере массы источником в год, что противоречит уже факту существования Галактики в течение лет (полная масса а также оценке энергетических потерь в год, полученной из наблюдений [167, 168]. Если же предположить, что излучение резко анизотропно и сосредоточено в пределах угла около плоскости Галактики, то указанного противоречия можно избежать. В электродинамике подобная фокусировка возникает естественным образом при движении заряда с релятивистской скоростью по окружности (синхротронное излучение при этом отношение энергии частицы к массе покоя). Исходя из этой аналогии можно было бы предположить, что источником анизотропного гравитационного излучения, сосредоточенного в плоскости Галактики, являются тела, движущиеся по релятивистским круговым орбитам, близким к замкнутой светогеодезической (3.17), вокруг сверхмассивной

черной дыры. Частота основного тона для такой черной дыры слишком низка (антенна Вебера была настроена на частоту ), но, поскольку релятивистский источник излучает на высоких гармониках основного тона, повышение частоты излучения, так же как и его фокусировку, можно было бы отнести за счет релятивистских эффектов.

Вслед за этим последовало большое число работ (ссылки на работы, выполненные до 1975 г., можно найти в [91]), в которых были рассчитаны характеристики ГСИ в полях Шварцшильда [169], Керра [91, 94, 170—172], а также заряженных черных дыр [174—175] на основе приближенных аналитических методов и численно. Было найдено, что фокусировка на высоких гармониках в спектре излучения действительно возникает, однако имеется отличие от СИ в плоском пространстве-времени, обусловленное универсальностью гравитационного взаимодействия; длина формирования импульса излучения оказывается в у раз большей, чем в случае обычного синхротронного излучения из-за того, что испускаемые кванты (фотоны, гравитоны) следуют по близким к орбите частицы геодезическим (более подробно это обсуждается в § 14). В частности, отношение максимальной частоты в спектре ГСИ к частоте основного тока пропорционально а не как в случае СИ, причем спектр гравитационного излучения является монотонно спадающим. Однако основным недостатком модели Мизнера является отсутствие реалистического механизма инжекции тел на релятивистские орбиты около черной дыры, а также неустойчивость такого движения. Более реальным процессом является падение тел в черную дыру по непериодическим траекториям, излучение гравитационных волн при падении подробно изучено в работах [179—186], но в этом случае релятивистские эффекты слабы. Весьма эффективно излучаются гравитационные волны при релятивистских пролетах гравитирующих тел [177, 178].