Плевок из дыры Гиперскоростные звезды угрожают Земле

В Млечном Пути есть звезды, которые двигаются с четвертой космической скоростью. Это позволяет им преодолеть притяжение Галактики и покинуть ее пределы. Происхождение и поведение таких гиперскоростных светил вызывает много вопросов, и ответы на них помогли бы понять природу сверхмассивной черной дыры в центре Галактики и распределение темной материи в ней.

Расположение видимой и скрытой материи в Млечном Пути определяют по наблюдаемому движению светил. Ускорение свободного падения Солнца относительно центра Галактики равняется двум ангстремам за квадратную секунду, что в сто миллиардов раз меньше этой величины на поверхности Земли. Примерно с таким же ускорением, как и Солнце, перемещается вокруг Галактики видимая и невидимая материя.

Первые доказательства существования темной материи появились в 1932 году, когда нидерландский астроном Ян Оорт разработал первую современную теорию звездного движения. Изучив перемещение расположенных в окрестностях Солнца светил, он пришел к выводу, что должна быть невидимая материя. Ее сегодня и называют темной.

Последующие наблюдения за перемещением облаков нейтрального водорода, проведенные с гораздо большей точностью, подтвердили выводы Оорта — скорость вращения объектов с увеличением расстояния от центра Млечного Пути не снижается, а остается примерно постоянной. Поскольку экспериментальных оснований для пересмотра общей теории относительности не нашлось, предполагается, что на движение галактик и облаков влияет темная материя.

В Млечном Пути большинство звезд движутся по примерно круговым орбитам внутри диска радиусом 60 тысяч световых лет. У галактики также есть центральная эллиптическая выпуклость радиусом около шести тысяч световых лет с плотным расположением звезд и разреженная внешняя область, называемая гало и простирающаяся на расстояние около 800 тысяч световых лет от центра Млечного Пути.

В 1916 году немецкий математический физик Карл Шварцшильд нашел первое решение уравнений ОТО. Оно описывает гравитационное поле, созданное центрально-симметричным распределением масс с нулевым электрическим зарядом. Это решение содержало так называемый гравитационный радиус тела, определяющий размеры объекта со сферически-симметричным распределением материи, который не способны покинуть фотоны (движущиеся со скоростью света кванты электромагнитного поля). Определенная таким образом шварцшильдова сфера тождественна понятию горизонта событий, а массивный ограниченный ею объект — черной дыре. Массы обычных черных дыр больше солнечных в несколько раз, тогда как сверхмассивные черные дыры от ста тысяч раз тяжелее Солнца. В большинстве активных центров крупных галактик расположены такие объекты.

Из этой картины выпадает новый класс астрономических объектов — так называемые гиперскоростные звезды, способные мигрировать от центра Галактики к ее внешнему гало. Первый такой объект был обнаружен десять лет назад астрономами Уорреном Брауном, Маргарет Геллер, Скоттом Кеньоном и Майклом Курцем в Смитсоновской астрофизической обсерватории в США. Необычная звезда на расстоянии 300 тысяч световых лет от центра Млечного Пути удалялась от Земли со скоростью 850 километров в секунду, что более чем в два раза превышает четвертую космическую скорость.

Рождение сверхновой звезды или взаимодействие с другим светилом не объясняет столь высокую скорость из-за малой массы объектов. Тут понадобились бы тела примерно в сто тысяч раз тяжелее Солнца. В Млечном Пути есть как минимум один такой объект — сверхмассивная черная дыра в центре Галактики. Изучение гиперскоростных звезд, таким образом, позволит прояснить природу сверхмассивной черной дыры, а траектория их движения поможет понять распределение темной материи в галактике.

Впервые идею о том, что сверхмассивная черная дыра может выбросить звезду из центра галактики, выдвинул в 1988 году физик-теоретик Джек Хиллз. Он показал, что скорость таких объектов достигает тысячи километров в секунду, и предложил этому физическое объяснение.

По Хиллзу, первоначально была двойная звезда. По классической механике, орбитальное движение двух тел в случае отсутствия возмущения будет устойчивым. Если в эту систему внести третье тело (возмущение), то устойчивость нарушается и внутри системы происходит перераспределение энергии. Тогда одно из тел покидает трехсоставную систему. Физически в качестве первоначальной двойной системы выступает двойная звезда, третьего (возмущающего) тела — сверхмассивная черная дыра. Гиперскоростная звезда — это тело, покидающее систему.

Механизм образования гиперскоростной звезды

Столкновения двойных звезд со сверхмассивной черной дырой в центре Млечного Пути, по оценкам Хиллза, происходят каждые несколько тысяч лет, а перемещающаяся со скоростью тысяча километров в секунду гиперскоростная звезда проходит 33 тысячи световых лет за десять миллионов лет. Значит, к настоящему времени на таком расстоянии от центра Галактики должно существовать несколько тысяч гиперскоростных звезд.

В романе «Вечный свет» фантаста Пола Маколи, опубликованном в 1993 году, гиперскоростная звезда пролетела мимо Земли и принесла с собой недружелюбных инопланетян. В конце XX века коллеги Хиллза предложили механизм образования гиперскоростных звезд в результате взаимодействия с двойной сверхмассивной черной дырой. Наконец, в 2005 году первый такой объект был открыт.