Астроном рассказал, как черная дыра поглощает гравитацию!
Привет, с вами снова Кирилл Масленников, пулковский астроном, ведущий канала QWERTY. Сегодня, к сожалению, без свитера с оленями, который вам так понравился в прошлый раз. Зато у меня классная новая футболка.
Сегодня собираюсь поговорить с вами о тяготении, о гравитации, как мы, астрономы, говорим. Но прежде чем я начну, хочу сказать большое спасибо всем, кто откликнулся на первый ролик, кто поместил положительные отзывы о моем выступлении, поставил лайки. Надеюсь, что и дальше как-то смогу заинтересовать вас своими рассказами, а вы подписывайтесь, подписывайтесь на канал QWERTY — не пожалеете.
Итак... сегодня о гравитации, о тяготении. Казалось бы, чего о нем говорить? Все вы точно знаете, что это такое, где бы вы сейчас не находились, что бы ни делали, точно чувствуете на себе влияние гравитации. И те, кто еще в школе учится из вас, возможно, вас ставил в тупик учитель физики, когда спрашивал, как это могло быть так, что, когда Галилей бросал с Пизанской башни маленький шарик металлический и огромное пушечное ядро, они прилетали к земле в одно и то же время, а не в разное. Казалось бы, больше земля должна притягивать пушечное ядро, чем маленький шарик.
Другой вопрос, который тоже могли ставить вам на уроках физики: как это может быть так, что на Луну действует единственная сила — сила притяжения Земли, а Луна почему-то не падает на Землю? Как это так случилось? В общем, гравитация-тяготение — вещь привычная и знакомая всем, и в то же время в ней наверняка можно найти много неожиданностей.
Возьмем хотя бы одну очень простую вещь. От всех физических полей, которые мы знаем — магнитного, электрического — запросто можно спрятаться. Любое излучение мы можем экранировать, не пустить к себе, даже нейтрино. Через каждого из вас сейчас, когда вы смотрите эту передачу, проходит несколько миллионов нейтрино каждую секунду, и вы этого не замечаете. Даже от них можно спрятаться, если поставить подходящую защиту.
Но вы никуда никогда не можете спрятаться от силы тяготения. Это уже несколько таинственно, я бы сказал. И долгое время не было понятно, почему это так и какая причина этой силы, пока Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности не построил замечательную математическую модель, согласно которой любая масса искривляет пространство.
Удивительный образ, который помог нам объяснить как раз именно тот факт, что от сил гравитации никуда не уйдешь, они повсюду проникают и все определяют. В космосе тоже гравитация играет огромную роль. По сути дела, гравитация руководит всеми космическими событиями. Именно эта сила. Магнитные силы тоже важны, но они все-таки действуют вокруг в окрестности магнитных тел. Ядерные силы очень важны, но они действуют на очень маленьких масштабах.
А вот гравитация — это именно то, что определяет и формы орбит, и форму самих тел, шарообразную, и многое-многое другое, что мы видим вокруг себя. Я хочу конкретно сегодня поговорить о нескольких таких замечательных событиях, недавних совсем в астрономии, которые имеют прямое отношение к вопросу о гравитации.
Первый из них — это почти детективная история поедания газового облака гигантской черной дырой, которая прячется в центре нашей с вами галактики, Млечного Пути. Но сначала два слова о черных дырах вообще. Вообще, сейчас сочетание "черная дыра", по-моему, знает любой ребенок. Даже не знаю, пятилетний ребенок где-то это слышал. Но все-таки не все себе представляют, что это такое, как вообще получается черная дыра и как, что это вообще за объект.
Это сверхплотный объект, который состоит из исключительно плотного вещества. Как вообще получается исследовать плотное вещество? Когда звезды кончают свое существование, они забрасывают оболочки, и остается плотное-плотное ядро. Иногда это ядро существует в форме остывающей звезды — белого карлика, а иногда, когда происходит взрыв сверхновой, в ядре погибшей звезды остается очень плотный сгусток нейтронов — нейтронная звезда.
Как можно напихать такое количество вещества в такой маленький объем? Нейтронная звезда имеет объем всего лишь несколько километров, а масса там как солнце и даже больше. Не забывайте, что в обычном веществе, которое окружает нас, очень много свободного места. Вот это не все осознают. Как-то ведь вы знаете, что средний размер ядра атома примерно 10 в минус тринадцатой метра, а средний размер первой электронной орбиты — 11. То есть в сто раз меньше ядро атома, чем расстояние до первой электронной орбиты.
Получается, что атомы состоят из пустоты. По сути дела, все, что нас окружает и мы сами, состоим в сущности из таких ажурных пустых конструкций. Если в эти пустые места набить электронов, вот тогда получится вот это самое сверхплотное вещество. А если масса такой звезды — нейтронной или состоящей из каких-то других более тяжелых частиц — превосходит определенный предел, то сила тяжести становится настолько большой, что даже световые кванты не могут покинуть этого мощнейшего поля тяготения. Вот это и есть таинственная черная дыра.
Черные дыры бывают разные. Бывают черные дыры, которые получились так, вот как я сейчас рассказал, из звезд. Масса их составляет несколько десятков масс солнца. Но в ядрах галактик, и в частности в ядре нашей галактики, находятся совершенно колоссальные черные дыры. Черные дыры объемом в миллионы, десятки миллионов и даже сотни миллионов солнц, и все это сконцентрировано в очень плотном маленьком объеме.
Вот в центре Млечного Пути и находится такая черная дыра. Вы спросите: "Она же черная, как же можно ее видеть?" Действительно, черные дыры сами по себе видеть невозможно. Многие черные дыры мы все-таки видим, но благодаря тому, что они стягивают на себя большое количество окружающего их вещества. Это вещество со страшной скоростью устремляется к черной дыре, разогревается и излучает очень большое количество энергии, в основном жесткой, жесткое излучение в рентгеновском диапазоне.
Вот если посмотреть на небо рентгеновскими глазами, которых у нас нет, но у нас есть телескопы соответствующие, мы увидим в каких-то местах вот такие рентгеновские звезды. Это и есть в основном вот эти черные дыры, которые излучают в рентгеновском диапазоне. Черная дыра — сверхмассивная черная дыра в центре галактики нашей, она действительно темная, но видеть ее можно другим способом.
Окружные звезды, которые неподалеку от нее, имеют несчастье оказаться — на них действует ее гигантское поле тяготения, и они вращаются вокруг нее. Когда приближаются близко к ней, их скорость, естественно, увеличивается и потом они отдаляются, и потом опять приближаются. И вот эти движения звезд вокруг этого пустого места, этой точки, где находится черная дыра, можно зафиксировать. Это сделано с помощью инфракрасных телескопов Европейской Южной Обсерватории, которые в течение нескольких лет, примерно пятнадцати лет наблюдали вот эти движения звезд.
И получился такой замечательный ролик, который вы сейчас видите на своих экранах. Вы видите, глазами, как это ускоренная съемка, естественно, как звезды, окружающие черную дыру, приближаются к ней, потом удаляются, потом опять приближаются. И вот среди этих звезд два года назад оказалось вот это бедное газовое облако, скорость которого была по оценкам слишком мала, чтобы оно могло ускользнуть от притяжения черной дыры. И все ожидали, что оно будет поглощено этой черной дырой в центре нашей галактики.
Все буквально с нетерпением ждали, что случится, когда это произойдет, потому что никогда еще не удавалось наблюдать такое событие — поглощение черной дырой облака или звезды или какого-то другого массивного тела. И представляете, ничего из этого не вышло. В самый последний момент облако оказалось все-таки слишком быстродвижущимся. Оно подошло совсем близко к дыре, но потом по параболической траектории отклонилось от нее и снова ушло, снова стало от нее удаляться. Так ничего и не увидели мы, но надеемся, что, может быть, еще увидим в следующий раз, может быть, еще такое рано или поздно случится.
Это не единственная история, связанная с тяготением. Есть еще много других, столько же увлекательных, но, пожалуй, о них уже в следующий раз. На этом на сегодня все. Прошу вас, когда будете писать отзывы, не забудьте написать, что вас интересует, на какие вопросы вы хотели бы получить от меня ответ. Я отвечу на все вопросы, касающиеся тех областей, в которых я более-менее разбираюсь. Спасибо большое за ваше участие!