Айзък Азимов
Гравитационната гибел на вселената (30) (Колапсиращата вселена или историята на черните дупки)

Мини черни дупки

Ако в центровете на галактиките съществуват черни дупки, то в центъра на нашата Галактика ще има само една. Ако в центровете на кълбовидните купове също има черни дупки, то в нашата Галактика вероятно би имало 200 черни дупки. Обаче, ако те съществуват като компоненти в обикновените двойни системи от звезди, съществува възможността техният брой да е голям, тъй като в нашата Галактика има десетки милиарди двойни звезди.

Нещо повече, черните дупки могат и да не влизат в двойни системи. Това, че наличието на черни дупки се забелязва по близкия съсед в двойните системи, е игра на случая. Затова ние свързваме съществуването им с двойните звезди. Черните дупки могат да се появят и като резултат от еволюцията на единични звезди. В случай че в близост до дупката няма вещество, което да излъчва рентгенови лъчи, както и спътник, който да й прехвърля определено количество вещество, ние няма да можем да я детектираме, макар че тя в действителност е там.

Като вземат предвид всичко това, някои астрономи предполагат, че във всяка галактика като нашата биха могли да съществуват милиарди черни дупки със звездни маси. Ако това е вярно и ако черните дупки са повече или по-малко равномерно разпределени, средното разстояние между тях е 40 светлинни години и тогава всяка отделна звезда ще се намира на разстояние 20 светлинни години от някоя черна дупка. По-вероятно е обаче черните дупки да бъдат разпределени толкова неравномерно, колкото и самите звезди. Деветдесет процента от всички звезди в нашата Галактика (или в друга като нея) са разположени в нейните относително малки централни области. Само 10% се намират в големите по обем, но слабо населени спирални ръкави, където е и нашето Слънце. Тогава можем да направим заключението, че само 10% от черните дупки в нашата Галактика са разпръснати в спиралните ръкави и че разстоянието до най-близката от нас черна дупка е неколкостотин светлинни години.

Разбира се, говорейки за черни дупки, ние дотук имахме предвид само такива дупки, чиято маса е като тази на масивните звезди. И някои астрономи наистина смятат, че средната маса на черните дупки е 10 пъти по-голяма от слънчевата.

Изглежда, че не може да съществува черна дупка с много по-малки размери, тъй като само обекти с големина на звезди могат да имат достатъчно мощно гравитационно поле, което да предизвика достатъчно голямо налягане, да разкъса бариерата на неутрониума и да образува черна дупка.

Но според общата теория на относителността на Айнщайн черните дупки могат да имат различни размери. Всеки обект, притежаващ маса, колкото и малка да е тя, има и гравитационно поле. Ако обектът се свива във все по-малък и по-малък обем, гравитационното поле в най-близката до него околност става все по-силно и евентуално може да нарасне толкова, че скоростта на избягване от повърхността му да стане равна на скоростта на светлината. С други думи, обектът може да се свие под собствения си радиус на Шварцшилд.

Земята би се превърнала в черна дупка, ако се свие до диаметър 0,87 cm (това са размерите на един сравнително голям бисер). Обект с масата на връх Еверест би се превърнал в черна дупка, ако се свие до размерите на атомно ядро.

Можем да продължим така, докато достигнем до най-малката маса, която ни е известна — масата на електрона, но има теоретични съображения, от които следва, че маса под 10^–5 g не би могла да образува черни дупки. Маса 10^–5 g (такова количество, вещество едва може да се види с просто око) ще се превърне в черна дупка, ако се свие до диаметър 10^–33 cm, а плътността му стане 10⁹⁴ g/cm³. (Обект с такава плътност и с размери на атомно ядро ще има маса, равна на масата на цялата Вселена.)

Но какво всъщност може да свие малките обекти до такива мини черни дупки. Това не могат да направят техните гравитационни полета, затова трябва да има някаква компресираща сила отвън. Но коя външна сила може да бъде достатъчно голяма, за да ги образува?

През 1971 г. английският астроном Стивън Хоукинг направи предположението, че тази скрита сила може да идва още от времето на зараждането на Вселената — това е силата на самия Голям взрив. Огромни количества материя избухвали навсякъде в пространството и някои фрагменти от разширяващото се вещество неминуемо са се сблъсквали. Части от него може да са се групирали и свили под действието на огромно налягане от всички страни. Натрупаното вещество може да се свие до такава степен, при която нарасналото гравитационно поле ще го съхрани завинаги в свито състояние.

Разбира се, няма каквито и да било доказателства, че такива мини черни дупки съществуват. Няма дори такива неясни доказателства, каквито все пак дава Лебед X-1 за съществуването на черни дупки със звездни размери. Нещо повече, някои астрономи поддържат единствено идеята, че съществуват само черни дупки, значително по-големи по маса от Слънцето.

Въпреки това, ако мини черни дупки действително съществуват, това би означавало, че техният брой е много по-голям от този на черните дупки със звездни размери. Може ли да се окаже така, че между черните дупки с размери на звезди, които са разпределени в пространството на 40 светлинни години една от друга, да има черни дупки, покриващи целия диапазон от дупки — от умерени по големина маси до съвсем микроскопични по маса черни дупки? Възможно ли е пространството да е осеяно с тях? Хоукинг смята, че средният брой на такива дупки във Вселената може да достига 300 в обем една кубична светлинна година.

Важно е да припомним, че досега няма никакви доказателства за това. От друга страна, ако мини черните дупки са разположени нагъсто пространството, то техният пълен гравитационен ефект е много слаб и може да бъде детектиран само в непосредствена близост до обекта — на няколко километра, на няколко сантиметра или на няколко микрометра около него — в зависимост от неговите размери.

Естествено такива малки черни дупки трябва да нарастват непрекъснато, защото те ще поглъщат всяка прашинка, която срещнат — поне така изглеждат нещата. (Хоукинг намира определени причини, според които някои мини черни дупки могат да губят маса, а най-малките могат да се „изпарят“ и да се взривят, преди да успеят да погълнат повече маса.)

Ако една мини черна дупка се сблъска с по-голямо тяло, тя просто ще премине през него. Тя ще погълне малко от веществото, с което се сблъсква най-напред, и при този процес ще се освободи достатъчно енергия, за да се стопи и изпари веществото непосредствено пред нея. По-нататък тя преминава през горещите пари, като ги поглъща и увеличава топлината, и най-накрая ще изплува от другата страна във вид на значително по-голяма черна дупка от първоначалната.

(Ако мини черната дупка навлезе в едно по-голямо тяло с много малка енергия на движение, тя може да бъде уловена от тялото и да потъне към неговия център и постепенно ще нараства, поглъщайки с бавен темп тялото, също както паразитът изяжда с течение на времето своя стопанин.)

Сигурно е едно — тези мини черни дупки са толкова дребни и гравитацията им е толкова малка, а празното пространство, което ги заобикаля, е толкова огромно, че сблъскванията трябва да се случват твърде рядко. За всичките 15 милиарда години от Големия взрив огромното мнозинство от малките черни дупки са погълнали толкова малко вещество, че дупките все още са си малки и все още не могат да се детектират.

Възможно е някоя мини черна дупка да се е сблъскала някога със Земята пред очите на нашите далечни прадеди. При преминаването на дупката през атмосферата, както и през самата планета ще се отделя топлина, предизвикваща толкова впечатляващи ефекти, че те не биха могли да останат незабелязани от хората.

Дали наистина това някога се е случвало?

Не знаем. Няма следи, които да доказват, че подобни събития са се случвали в праисторически времена, но можем ли да бъдем сигурни в това? Не е ли възможно Содом да е разрушен от сблъсък с мини черна дупка? Можем ли да знаем верния отговор? Разрушаването на Содом би могло да се дължи на обикновен метеорит, на изригване на вулкан, на земетресение, а може и цялата тази история да е просто един мит. Летописите не са достатъчно определени.

Дали някои събития в историята на човечеството не се дължат на мини черни дупки? Има такова нещо!

На 30 юни 1908 г. в небето над областта на реката Тунгуска в централен Сибир станало нещо, което било възприето първоначално като падане на голям метеорит. Всички дървета в радиус 30 километра били повалени и цяло едно стадо от 500 северни елени било унищожено. При изследванията през следващите години не били намерени никакви кратери, нито парчета от метеорита.

Учените решили, че експлозията трябва да е станала в атмосферата. Някои от тях сметнали, че това може да е била малка ледена комета, която, минавайки през атмосферата, се е разтопила и изпарила, предизвиквайки голям взрив. Кометата се е раздробила на малки парчета от камъчета и лед, които се посипали по Земята, без да оставят забележими следи от кратери на повърхността й.

Други сметнали, че това било парче антивещество, което се е ударило в Земята. Антивеществото е материя, която по нищо не се отличава от обикновеното вещество с изключение на това, че неговите субатомни частици по свойства са противоположни на частиците, които изграждат обикновеното вещество. Антивеществото взаимодействува с обикновеното вещество, при което и двата вида вещество се превръщат в енергия. Ако това парче антивещество се сблъсква със Земята, то ще изчезне, отнемайки от обикновеното вещество на Земята маса, равна на неговата. Изчезването ще се съпровожда от взрив със сила, която е около 15 пъти по-голяма от силата на взрива на водородна бомба, чиято ядрена бойна глава има същата маса.

Беше даже предположено, че взривът е предизвикан от катастрофата на космически кораб с ядрен двигател, пилотиран от извънземни астронавти.

Едно друго предположение обаче сочи като виновник за случилото се мини черна дупка. Тази дупка, преминавайки през атмосферата, произвела силен взрив. След това под някакъв ъгъл се сблъскала със Земята, преминала през нея, поглъщайки много вещество и накрая изскочила някъде в Северния Атлантически океан, където предизвикала гигантски вълни и силна експлозия, останали невидени и нечути от хората. След всичко това тя продължила своя път в пространството, вече значително по-масивна, макар и да си останала все още в категорията на мини черните дупки.

Разбира се, версията за мини черната дупка е само едно предположение. Някои астрономи смятат, че преминаването на черната дупка през тялото на Земята и през океана трябва да предизвиква земетресения и приливни ефекти — но не е забелязано нито едно явление от този род, което да може да се свърже с взрива от 1908 г.

Досега няма сигурни доказателства както за, така и против хипотезата за връзка на взрива от 1908 г. с мини черна дупка. И за тази връзка няма да може да се каже нищо дотогава, докато учените, вече силно напреднали в знанията си за Вселената, не станат свидетели на друго подобно явление като това от 1908 г. и не го изучат внимателно.