Пируети със светлинна скорост

Черните дупки са обградени с тайнственост космически обекти, привличащи вниманието еднакво силно, както на астрономи и космолози, така и на писатели фантасти. Липсата на достатъчно познания за тях ги прави предпочитан обект на човешкото въображение. Какво представялавт черните дупки? Това са космически обекти, отличаващи се с изключителна голяма маса и плътност – толкова големи, че нищо, дори светлината, не може да избегне силата на привличането им. Липсата на каквото и да било излъчване идващо от тях ги прави изключително трудни за наблюдение с инструментите, с които разполагат съвременните учени.

Един от видовете черни дупки, въртящите се черни дупки, са останки от големи звезди, с размер поне 10 пъти колкото този на нашето Слънце, които са навлязли в последния етап от живота си. След изчерпването на горивото им (резултат от протичащите ядрени реакции), такива звезди вече не са в състояние да поддържат размерите си, в резултат на което, образно казано, се „сриват под собствената си тежест”. Ядрото им започва да се свива, достигайки изключително висока плътност, което от своя страна води след себе си увеличение на гравитационните сили, които тази материя създава. Силното гравитационно поле е причина за силното изкривяване на пространството около тях. Тъй като въртеливото движение на звездата се прeдава на черната дупка след смъртта й, резултатът от разпадането е един обект с безкрайно голяма плътност, въртящ се с висока скорост. Сферичната граница около тази обект се нарича хоризонт на събитието. Разстоянието от хоризонта на събитието до центъра на черната дупка, т.е. радиусът й, е много малък – между 5 и 10 км. В самия център на черната дупка се намира т.нар. сингулярност, мястото, където плътността на материята и изкривяването на пространстово са безкрайни. Всяка материя, междузвезден прах или светлинни фотони, които пресекат хоризонта на събитието изчезват безследно в черната дупка.

Черните дупки не са рядкост във Вселената. В нашата галактика, Млечния път, съществуват милиони черни дупки. В по-голямата си част те са неуловими от оптическите инструменти и радио телескопите. В редките случаи обаче, когато черната дупка се намира достатъчно близко до звезда, тя може да бъде засечена, следвайки траекторията на звездната материя издърпвана от силното гравитационно поле на невидимия обект. Такава черна дупка е GRS 1915+105 в съзвездие Орел, намираща се на 35 000 светлинни години от Земята. Тя успява да “открадне” материя от близкостоящата “нормална” звезда. Откраднатата материя, звезден газ и прах, се завърта около дупката и изчезва в нея, по начин много подобен на стичането на водата в канала или завихрянето на ураган. Тъй като скоростта на въртене и силата на привличане са невероятно големи, газовете се нагорещяват и започват да излъчват в рентгеновия спектър, което издава местоположението на черната дупка и я прави видима. Привлечените от черната дупка газове и прах се движат по относително стабилна орбита около нея, докато не бъдат “побутнати”. Ако това се случи, те изчезват безследно в дупката. В зависимост от скоростта на въртене на черната дупка, пръстена от материя около нея се намира на различно разстояние от хоризонта на събитието – за по-бързо въртящите се обекти, разстоянието от центъра на дупката до най-близката стабилна орбита около нея е по-малко. В случая с GRS 1915+105 звездната материя се намира само на 30 км от центъра, което е изключително малко. Колкото повече се приближава материята до центъра на черната дупка, сингулярността, толкова по-ярко става нейното излъчване.

Всичко това е позволило на група учени от Центъра Харвард-Смитсониан, в САЩ, начело с Джеф МакКлинток и Рамеш Нараян да изчислят скоростта на въртене на GRS 1915+105, използувайки информацията за яркостта, температурата и скоростта на въртящата се около нея материя – дании, получени на база анализите на излъчването идващо от нея. Изчисленията на американците показали, че тази черна дупка има маса 14 пъти тази на нашето Слънце, радиусът й е 25 км, а скростта на въртене – 950 завъртания за секунда. Имайки предвид, че максималната ъглова скорост, която може да достигне една черна дупка, според теорията, е скоростта на светлината, то броят на завътранията, които GRS 1915+105 прави, на практика са 98% от максимално постижимите за нея.

На база на разработената методика за изчисление на скоростта на въртене на GRS 1915+105, учените се надяват да измерят скоростите на въртене и на други черни дупки. Информацията от тези анализи ще бъде от голяма полза за разкриване тайните на черните дупки, сред което са гравитационните вълни и изригванията на рентгенови лъчи.