Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Обнаружено с полдесятка двойных систем сверхмассивных черных дыр. Из предыдущей главы мы узнали, что для регистрации их слияния был создан космический интерферометр LISA. Теоретические инструменты, необходимые для моделирования этих слияний, – недавняя разработка[394]. Нам не придется ждать сигнала миллиарды лет, как в случае Млекомеды. Квазар PG 1302–102 находится от нас в 3,5 млрд световых лет. Он имеет двойную систему черных дыр на орбите с периодом пять лет, из чего следует, что черные дыры разделяет всего один световой месяц. Это значит, что смертельная спираль неизбежна (впрочем, это уже случилось 3,5 млрд лет назад – если учитывать время, в течение которого информация доходит до нас). Еще более многообещающей является пара черных дыр в 10 млрд световых лет отсюда, каждая из которых в несколько миллиардов раз массивнее Солнца[395]. Судя по орбитальному периоду в полтора года, между ними – 6 радиусов Шварцшильда, следовательно, система уже близка к слиянию, которое вызовет гравитационные волны. На самом деле эти черные дыры слились миллиарды лет назад, но нам нужно подождать несколько тысячелетий, чтобы услышать их пространственно-временную песню.

Самые большие черные дыры во Вселенной

Когда слышишь о сверхмассивных черных дырах, вспоминается Гаргантюа – это темная центральная система фильма «Интерстеллар». Гаргантюа – цель космических путешественников, надеющихся через кротовую нору совершить прыжок сквозь пространственно-временной континуум. Она в 100 млн раз массивнее Солнца, имеет горизонт событий размером с орбиту Земли и вращается со скоростью в 99 % световой. Как мы узнали, Гаргантюа – самое реалистичное изображение черной дыры в массовой культуре благодаря участию Кипа Торна, проследившего за тем, чтобы фильм удовлетворял требованиям науки и искусства[396].

Масса Гаргантюа в 25 раз больше, чем у черной дыры в центре Млечного Пути, но и она – малышка по сравнению с самыми массивными черными дырами. Слоуновский цифровой небесный обзор выявил в дальней вселенной десять черных дыр более 10 млрд солнечных масс[397]

. Они должны были очень быстро поглощать вещество, чтобы всего за 1,5 млрд лет увеличиться в миллион раз от своей начальной массы. Рядом с этими чудищами меркнет размер Солнечной системы (илл. 65). Рекордсменом является мощный радиоквазар с черной дырой в 40 млрд солнечных масс[398].

Астрономы обращаются с большими числами довольно бесцеремонно, но давайте остановимся и задумаемся о параметрах экстремальных черных дыр. Черная дыра в 40 млрд раз массивнее Солнца, имеет радиус Шварцшильда в 4 световых дня, следовательно, ее горизонт событий в 20 раз больше Солнечной системы до орбиты Плутона и других карликовых планет. Черная дыра вращается со значительной частью скорости света. Если внешние планеты Солнечной системы проходят орбиту за 250 лет, то этот намного более крупный объект совершает полный оборот за три месяца. В объем Солнечной системы втиснута масса маленькой галактики, но ее средняя плотность в 100 раз меньше, чем у воздуха, которым вы дышите. Черная дыра совершенно не излучает свет, но окружающий ее аккреционный диск ярко светится. Черная дыра такой массы в фазе активного квазара излучает в 100 трлн раз сильнее Солнца.

Что ждет самые массивные черные дыры во Вселенной? Галактики растут, поглощая газ из космического пространства, а также увеличиваются путем слияний. В обоих случаях источники скудеют. По мере увеличения Вселенной запасы газа истощаются, а галактики расходятся все дальше и сливаются реже. Масса всех звезд галактики коррелирует с массой ее центральной черной дыры – в диапазоне от черных дыр в 10⁴–10⁵ солнечных масс в шаровых скоплениях до черных дыр 10⁶

–10⁷ солнечных масс в галактиках, подобных Млечному Пути, и далее до черных дыр в 10¹⁰ солнечных масс в эллиптических галактиках, совокупность звезд которых в триллион раз массивнее Солнца. Независимо от размера звездной системы центральная черная дыра составляет около 1 % массы ее звезд и всего 0,1 % массы галактики с учетом темной материи.