Математическая теория черных дыр: в 2-х томах - Чандрасекар С.
Скачать (прямая ссылка):
Поскольку книга С. Чандрасекара посвящена в основном теоретическим вопросам, остановимся вкратце на наблюдательных аспектах проблемы черных дыр.
Первый успех в поисках компактных непериодических быстро-переменных рентгеновских источников с массой, превышающей предельную, — открытие Лебедя X-I — сменился долгим периодом разочарований. Однако в последнее время появилось несколько новых обнадеживающих кандидатов в черные дыры. Один из них — источник LMC Х-3, обнаруженный в Большом Магеллановом облаке еще спутником «Ухуру». Он находится на расстоянии 52 кпс от Земли, его рентгеновская светимость непериодически изменяется от 1037 до 3•1O38 эрг/с. В отличие от Лебедя X-I, имеющего в качестве оптического компонента яркую звезду — сверхгигант, видимым компонентом LMC Х-3 является слабая звезда главной последовательности. Оптическая светимость системы на два порядка меньше рентгеновской. К счастью, в оптическом
Предисловие редактора перевода
7
спектре звезды наблюдаются дискретные линии поглощения, по доплеровскому сдвигу которых удается определить функцию масс системы. Данные показывают, что если оптическая звезда имеет нормальную для звезд данного типа массу, то масса невидимого компонента не менее 9 масс Солнца [4]. Это первый пример подобного рода среди внегалактических объектов.
Далее, уже несколько лет внимание астрономов привлекает необычный источник в созвездии Орла, излучающий в оптическом, рентгеновском и радиодиапазоне, — SS 433. - Его особенностью является наличие двух узких струй, выбрасываемых в противоположных направлениях с релятивистской скоростью около 80 тыс. км/с [5]. Струи, оставаясь противоположно направленными, перемещаются в пространстве, описывая коническую поверхность за 164 дня, что по-видимому связано с прецессией аккреционного диска вокруг компактного объекта. Сами струи, вероятно, возникают в результате выметания мощным световым давлением избытка аккрецируемого вещества вдоль оси системы. Нормальная звезда в этой системе — сверхгигант с нестационарной оболочкой — не дает спектральных линий, поэтому определить параметры системы по доплер-эффекту нельзя. Анализируя с помощью ЭВМ кривую оптического блеска системы при различных предположениях о массах составляющих ее объектов, авторы работ [6] пришли к выводу, что вероятное значение массы невидимого компонента превышает 5—6 масс Солнца при массе нормальной звезды более 18 солнечных масс.
Согласно новым данным, вероятно наличие черной дыры в системе А 0620 — 00 — рентгеновской новой в созвездии Единорога.
Не исключено присутствие черной дыры в качестве невидимого компонента уникального объекта Геминги, обнаруженного как яркий периодический (с периодом 59 с) источник жестких (более 50 МэВ) гамма-квантов и позднее отождествленного со слабой звездой, излучающей в рентгеновском и оптическом диапазонах [7]. Его светимость в гамма-диапазоне на три порядка превышает рентгеновскую, оптическая — в несколько сотен раз меньше рентгеновской, а радиоизлучение отсутствует. Особенностью Геминги является быстрое увеличение периода, удваивающегося за несколько сотен лет, тогда как для рентгеновских пульсаров типично, напротив, уменьшение периода. Геминга не содержит остатка сверхновой, т. е. при коллапсе, по-видимому, не произошло сброса оболочки, и возможно родилась в 437 г.: в китайских хрониках описана яркая вспышка, наблюдавшаяся в этом году в направлении на данный участок неба. Если предположить, что система состоит из двух компактных объектов, обращающихся относительно друг друга с периодом 59 с, то при суммарной массе примерно 5 солнечных масс хорошо воспроизводится параметр замедления за счет гравитационного излучения. Поскольку видимой звездой вероятно является белый карлик, невидимый компо-
8
Предисловие редактора перевода
нент системы — черная дыра. В этом случае поток гравитационных волн от Геминги составит на Земле 5•1O-3 эрг/см2-с, что на много порядков превышает потоки от известных периодических источников [8].
Данные наблюдений с большой вероятностью указывают на существование сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик и квазаров. Такие черные дыры неизбежно должны возникать в результате коллапса очень массивных звезд или компактных звездных скоплений. Аккреция на сверхмассивные черные дыры может служить источником огромного энерговыделения, наблюдаемого в ядрах активных галактик и квазаров. В пользу этой модели говорят опубликованные в конце 70-х гг. данные о высокой концентрации «темной» массы [порядка (3—5)-109 солнечных масс] в центральной области гигантской эллиптической галактики M 87 в созвездии Девы [91. Модель черной дыры довольно естественно объясняет происхождение мощных выбросов газа и излучения из ядер галактик. Аккрецирующее на черную дыру вещество в зависимости от момента импульса может образовывать вокруг нее либо тонкий диск, либо толстый «бублик». В последнем случае в приосевых областях возникают разреженные воронки, в которых может происходить ускорение заряженных частиц и образование релятивистских струй плазмы и излучения [10]. В последнее время привлекают внимание модели, в которых активным элементом является черная дыра, погруженная во внешнее магнитное поле (такое поле должно возникать при аккреции замагниченной плазмы )[11]. Если черная дыра вращается, то благодаря фара-деевской индукции появится электрическое поле, имеющее радиальную составляющую [12, 13]. В окружающей черную дыру плазме возникают токи, посредством которых извлекается вращательная энергия черной дыры. Такая модель, в частности, привлекается и для объяснения активности центра нашей Галактики [14 ].
