Космические рубежи теории относительности

15 ГРАВИТАЦИОННЫЕ ВОЛНЫ И ГРАВИТАЦИОННЫЕ ЛИНЗЫ

Общая теория относительности - это, несомненно, наилучший из известных сегодня в физике способов описания тяготения. Согласно этой теории, гравитационное поле любого объекта проявляется в искривлении пространства-времени. Поскольку все виды материи порождают гравитацию, то любое материальное тело в той или иной мере влияет на геометрию пространства-времени. И чем сильнее гравитационное поле этого тела, тем большим искривлением характеризуется геометрия.

Представим себе какие-либо тела, движущиеся в пространстве. Поскольку каждое из них имеет массу, то вместе с телом перемещается и порожденное им небольшое искривление пространства-времени. Таким образом, когда тела движутся, геометрия пространства-времени меняется. Всякий раз, когда изменяется положение тел, геометрия должна «приспосабливаться» к новой ситуации. Этот процесс приспособления проявляется в виде «ряби» на общем фоне геометрии пространства-времени. Такая рябь разбегается во все стороны от источников тяготения со скоростью света, и её называют гравитационными волнами.

Гравитационные волны возникают почти при всяком перемещении материи. Всё вызывает излучение гравитационных волн - и скачущий мячик, и машущий руками человек, и Луна, обращающаяся вокруг Земли. Как правило, тела, создающие сильные гравитационные поля, способны испускать более мощные гравитационные волны, чем тела со слабыми гравитационными полями. Гипотетическая двойная система, состоящая из двух чёрных дыр, даёт при взаимном обращении компонентов намного более сильное гравитационное излучение, чем Юпитер при своем движении вокруг Солнца в Солнечной системе. В табл. 15.1, основанной на расчётах Брагинского, Руффини и Уилера, приведена мощность излучения двойных систем разных типов. Для сравнения вспомним, что мощность, излучаемая Солнцем в форме света, составляет 400000 квадриллионов (10¹⁵) мегаватт.

Таблица 15.1

АСТРОНОМИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ

ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН

Тип двойной

системы

Название

системы

Период

обращения

Мощность, испускаемая в

форме гравитационных волн

Солнце и Юпитер

Солнечная система

11,9

года

5,2

кВт

Двойная звезда

η Кассиопеи

480

лет

5,6

кВт

" _ "

ξ Волопаса

150

лет

360

кВт

" _ "

Сириус

50

лет

110

МВт

" _ "

β Лиры

13

сут

6 • 10

¹⁵

МВт

" _ "

UV Льва

14

ч

63 • 10

¹⁵

МВт

Из табл. 15.1 видно, что короткопериодические двойные, как правило, излучают более мощные гравитационные волны, чем двойные с большим периодом обращения. В короткопериодических двойных системах звёзды находятся очень близко друг к другу и гравитационно сильнее взаимодействуют между собой.

Самые мощные гравитационные волны должны испускаться обращающимися вокруг друг друга нейтронными звёздами или чёрными дырами. В табл. 15.2 приводятся мощности излучения пар этих мёртвых звёзд. В неё вошли результаты расчётов Руффини и Уилера для очень тесных пар нейтронных звёзд или чёрных дыр с массами, равными солнечной.

Таблица 15.2

ГИПОТЕТИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН

Расстояние между двумя

сколлапсировавшими

звёздами, км

Период

обращения, с

Мощность, испускаемая

в форме гравитационных

волн, МВт

10 000

12

30 • 10

²⁷

1 000

1/3

3 • 10

³³

100

10

^-2

3 • 10

⁴⁸

Хотя некоторые двойные системы, перечисленные в табл. 15.1 и 15.2, теряют значительное количество энергии в форме гравитационных волн, на Землю приходит её совершенно ничтожная часть. Ведь чем дальше источник излучения, тем слабее он ощущается. В физике наблюдаемая «яркость» источника излучения выражается мощностью (в ваттах), приходящейся на квадратный метр (или квадратный километр) поверхности Земли. Если взять один из самых мощных источников гравитационного излучения - двойную звезду UV Льва, находящуюся от нас на расстоянии 220 световых лет, то поток энергии около Земли от этого источника получается равным всего половине одной миллиардной ватта на квадратный километр. А ведь это очень мало!

Если предположить, что двойные системы, состоящие из чёрных дыр, реально существуют, то поток энергии от них у нас на Земле должен быть существенно больше. Если, например, такая система состоит из двух чёрных дыр с массами, равными одной солнечной, находящихся друг от друга на расстоянии 100 км (период обращения 1/100 с), а расстояние от этой системы до нас равно 3260 световым годам, то поток энергии на Земле составит около 3 Вт/см². Сравните это с величиной 1/6 Вт/см² -энергией, приходящей на Землю от Солнца. Однако большинство астрономов категорически отрицают возможность существования тесных пар чёрных дыр.

Теоретически возможность существования гравитационных волн была предсказана много лет назад. Однако экспериментальное их обнаружение в лабораторных экспериментах оказалось невероятно трудной задачей. По сравнению с другими видами излучения гравитационные волны исключительно слабы. Так, электромагнитное излучение (скажем, радиоволны) испускается при колебаниях электрических зарядов в триллион триллионов (10³⁶) раз сильнее, чем при тех же самых колебаниях тех же зарядов испускаются гравитационные волны. Дело здесь прежде всего в том, что электромагнитные силы несравненно мощнее гравитационных. Поэтому электромагнитное излучение легко регистрировать с помощью множества устройств, включая человеческий глаз, фотопленку или радиоприемник. Изобретение же прибора, который реагировал бы на гравитационное излучение, оказалось для физиков-экспериментаторов задачей огромной трудности.

Реакция человеческого глаза или фотопленки на электромагнитное излучение определённой длины волны обусловлена тем, что переменные электрическое и магнитное поля этого излучения приводят в движение заряженные частицы. Когда в глаз человека попадает свет, в клетках сетчатки глаза электроны атомов начинают колебаться и возникающий в результате этого слабый электрический ток в конечном счете через множество промежуточных ступеней регистрируется мозгом. Что касается фотопленки, то при движении электронов в атомах покрывающей её эмульсии происходят химические реакции. И вообще электромагнитное излучение приводит в движение заряженные частицы, так что его можно обнаружить именно по движению этих частиц.

РИС. 15.1. Гравитационные волны от двойной звезды. Как показано иа этой схеме, система двух звёзд, обращающихся вокруг друг друга, испускает гравитационные волны. Если звёзды находятся очень близко друг к другу и движутся по своим орбитам очень быстро, то система может испускать значительную мощность в виде гравитационных волн.

Гравитационные волны также приводят в движение частицы. Однако движение, вызванное гравитационными волнами, имеет совершенно иной характер, чем вызванное электромагнитными волнами. Чтобы сравнить эффекты этих двух типов волн, представим себе кольцо, образованное электронами, свободно взвешенными в пространстве. Если через это кольцо проходит электромагнитная волна, то все электроны в унисон начнут колебаться взад и вперёд. Если же через кольцо проходит гравитационная волна, то частицы приходят в движение относительно друг друга. Как видно из рис. 15.2, при этом искажается форма кольца - оно сплющивается или вытягивается.

РИС. 15.2. Сравнение электромагнитных и гравитационных волн. Когда электромагнитная волна проходит через кольцо, образованное электронами, свободно парящими в пространстве, все эти электроны в унисон колеблются взад и вперёд. Но когда через кольцо частиц проходит гравитационная волна, искажается форма этого кольца, ибо частицы приходят в движение относительно друг друга.

РИС. 15.3. Влияние гравитационных волн на объект. Когда гравитационные волны проходят через какой-нибудь объект, они искажают его форму (очень немного).

Такое деформирующее воздействие гравитационных волн подсказывает метод, с помощью которого оказалось бы возможно их зарегистрировать. Представим себе крупное тело - скажем металлический цилиндр, изображенный на рис. 15.3. Когда гравитационного излучения нет, цилиндр обладает определённой исходной формой. Но когда через него проходит гравитационная волна, он деформируется. Разумеется, под действием гравитационной волны форма цилиндра изменится совсем немного. Но если удастся заметить такое небольшое изменение, то это значит, что физики научились конструировать гравитационную антенну.

Первая попытка построить подобную гравитационную антенну была предпринята Джозефом Вебером из Мэрилендского университета (США) (рис. 15.4). Ещё в 1950-е годы Вебер решил попробовать поработать с большим алюминиевым цилиндром. Понимая, что речь идет о необходимости регистрировать невероятно малые изменения формы цилиндра, исследователь наклеил на поверхность цилиндра пьезоэлектрические датчики деформации. Пьезоэлектрические кристаллы обладают чрезвычайно высокой чувствительностью и дают заметный электрический ток даже при воздействии ничтожных давлений или натяжений. Полученные электрические сигналы усиливались и регистрировались электронной аппаратурой в лаборатории Вебера.

РИС. 15.4. Гравитационная антенна. Вы видите здесь Вебера, наклонившеюся над одной из своих антенн. Антенна представляет собой большой алюминиевый цилиндр, колебания которого регистрируются с помощью очень чувствительных кварцевых кристаллов, наклеенных на его поверхность. (С разрешения Джозефа Вебера.)

Идея, положенная в основу эксперимента, очень проста. Всякий раз, когда через веберовский цилиндр проходит гравитационная волна, цилиндр начинает колебаться. Колебания стержня передаются пьезоэлектрическим датчикам, электрический ток от которых идет в усилитель и к регистрирующему устройству. Однако практическая реализация эксперимента чрезвычайно сложна. Если на улице бушует гроза или просто кто-то идет по лестнице в помещение лаборатории, то возникают механические вибрации, вполне достаточные, чтобы на неё прореагировали пьезоэлектрические датчики. Таким образом, перед Вебером встала задача отделить настоящие гравитационные волны от «шумов», обусловленных многочисленными посторонними причинами.

В 1960-х годах Вебер установил две гравитационные антенны - одну в Мэрилендском университете близ Вашингтона, а другую - в Аргоннской национальной лаборатории под Чикаго. Каждый цилиндр был длиной около полутора метров и диаметром 60 см, а весил почти полторы тонны. Как и ожидалось, пьезоэлектрические кристаллы на каждом из стержней всё время подавали сигналы, ибо стержни отвечали колебаниями на всевозможные случайные возмущения. Однако Вебер понимал, что очень маловероятно такое стечение событий, когда два случайных воздействия проявятся одновременно и в Вашингтоне, и в Чикаго. Поэтому всё его внимание было сосредоточено на совпадениях. Когда на Землю приходит гравитационная волна из космоса, обе антенны Вебера должны прийти в колебательное движение в основном одного и того же типа и в одно и то же время. Отбрасывая случайные колебания, которые не возникают одновременно в Мэриленде и в Аргонне, он тем самым смог бы исключить «шумы» (рис. 15.5).

Регистрация гравитационных волн. Гравитационные антенны, расположенные в Мэрилендском университете и Аргоннской национальной лаборатории, постоянно отмечают сигналы, отвечающие случайным воздействиям. Но сильный сигнал, одновременно принятый обеими антеннами, может быть вызван приходом гравитационной волны.

После многих лет упорного труда Веберу наконец удалось зарегистрировать одновременные колебания его обеих антенн. К 1968 г. установка была настолько усовершенствована, что совпадения сигналов в антеннах в Мэриленде и Чикаго наблюдались почти ежедневно. Вебер привел доводы, свидетельствующие в пользу того, что вероятность чисто случайной природы этих совпадений крайне мала, и пришел поэтому к заключению, что действительно смог обнаружить гравитационные волны. К тому же использованные в его экспериментах антенны обладали некоторой направленностью: они лучше должны были воспринимать гравитационные волны, приходящие с определённых направлений на небе. Обращая внимание на время суток, в которое была зарегистрирована большая часть совпадений, Вебер предположил, что зарегистрированное им гравитационное излучение могло бы приходить из центра нашей Галактики.

Тот факт, что Веберу действительно удалось обнаружить гравитационные волны, энергично оспаривается многими физиками. Для сомнений существуют две веские причины. Прежде всего в последние годы уже несколько групп физиков соорудили гравитационные антенны, но им практически ничего не удалось зарегистрировать. Значит, либо Вебер ошибается и его совпадения случайны или вызваны каким-то посторонним влиянием, либо те физики, которые построили новые антенны, ещё не смогли так усовершенствовать свою аппаратуру; чтобы регистрировать те волны, о наблюдении которых сообщал Вебер.

Вторая причина выявляется из некоторых любопытных расчётов. Мы уже отмечали, что гравитационные волны очень слабы и по сравнению с другими формами излучения они переносят очень мало энергии. Именно поэтому их так трудно обнаружить. Однако если Вебер на самом деле зарегистрировал приход гравитационных волн от центра нашей Галактики, то можно оценить энергию, которая затрачивалась бы там, в галактическом центре, для излучения этих волн. Значительные по амплитуде гравитационные волны могли бы быть вызваны, например, колебаниями нейтронных звёзд или чёрных дыр, падением больших масс вещества на чёрную дыру, столкновениями двух чёрных дыр и вспышками сверхновых. Чтобы эти процессы (или им подобные) давали мощность, необходимую для возбуждения наблюдаемых Вебером колебаний в его антеннах, в центре нашей Галактики должны происходить чудовищные по своим масштабам катастрофы. К тому же, поскольку Вебер утверждает, что он регистрирует ежедневно по нескольку совпадений, эти чудовищные катастрофы должны там происходить каждые несколько часов. Астрофизики считают практически невозможным вообразить себе физические условия, при которых могли бы столь часто происходить явления, вызывающие такое мощное гравитационное излучение.

Хотя и неправдоподобно, чтобы в центре нашей Галактики сверхновые взрывались каждые несколько часов, да к тому же по нескольку раз в день сталкивались чёрные дыры, там могли бы реализоваться и другие механизмы, ещё не известные исследователям. На первый взгляд процессы, при которых могли бы генерироваться веберовские гравитационные волны, должны направлять энергию одинаково по всем направлениям, а ведь наша Земля настолько мала, что на неё попадает лишь очень малая доля энергии гравитационных волн, высвобождающейся при этих процессах. Именно поэтому астрофизики утверждают, что подобные процессы должны быть чудовищно мощными. Однако если энергия каким-то образом фокусируется на Землю, то уже намного менее мощные процессы смогли бы объяснить наблюдения Вебера.

Выше мы уже отмечали, что чёрные дыры в двойных системах могли бы испускать намного более интенсивное гравитационное излучение, чем обращающиеся вокруг друг друга обычные звёзды. Хотя почти невероятно, чтобы существовали двойные системы, состоящие из чёрных дыр, последние могли бы иногда в ходе своих движений в Галактике проходить очень близко друг к другу. Центр Галактики - это, наверное, самое естественное место для таких близких встреч чёрных дыр, ибо там звёзд больше, чем где-либо ещё в нашей звёздной системе. И всякий раз, когда две чёрные дыры проходят в нескольких километрах друг от друга, их взаимодействие вызывает резкую вспышку гравитационного излучения. Но что ещё более важно, возникающие гравитационные волны при этом фокусируются. Чёрная дыра искривляет пути распространения гравитационных волн точно так же, как она искривляет лучи света. При этом чёрная дыра может фокусировать излучение (как электромагнитное, так и гравитационное) в определённом направлении, в результате чего удалённый наблюдатель будет регистрировать необычайно интенсивные вспышки энергии. Такое свойство чёрной дыры фокусировать излучение делает её гравитационной линзой.

В середине 1970-х годов Торн и Ковач из Калифорнийского технологического института приступили к исследованию возможности гравитационной фокусировки гравитационных волн, испускаемых почти сталкивающимися друг с другом чёрными дырами. Хотя их расчёты ещё не закончены, мысль о том, что гравитационные волны могут случайно фокусироваться в направлении на Землю при таких «почти - столкновениях», кажется весьма интересной. Возможно, фокусировка - это тот самый механизм, который приводит к появлению волн, зарегистрированных Вебером с помощью его антенн.

Гравитационные линзы представляют и самостоятельный интерес независимо от их возможной связи с фокусировкой гравитационных волн. Сразу же после первого предположения о существовании чёрных дыр стало ясно, что кривизна пространства-времени вокруг чёрной дыры должна приводить к сильному отклонению лучей света. При определённых условиях проходящие мимо чёрной дыры лучи света могут отклоняться таким образом, что удалённые объекты будут казаться более яркими, чем обычно, а могут наблюдаться и их множественные изображения. Как показано на рис. 15.6, если чёрная дыра расположена между наблюдателем и удалённым источником света, может происходить фокусировка этого света. Теоретически гравитационная линза будет давать бесконечное число изображений удалённых звёзд и галактик. Практически же будут видимы лишь первичные и вторичные изображения - остальные окажутся слишком слабыми.

РИС. 15.6. Гравитационная линза. Чёрная дыра отклоняет и фокусирует лучи света от удалённой звезды. Большая часть отклоненного света собирается в два изображения этой звезды.

Поскольку наблюдение многократных изображений одного и того же объекта равнозначно убедительному свидетельству в пользу существования чёрной дыры, ряд астрофизиков проделали трудоёмкие расчёты яркости и формы изображений, которые дают гравитационные линзы. В частности, Р. Ч. Уэйт в 1974 г. в Имперском колледже (Лондон) опубликовал изображения галактики, получаемые при наблюдении «через» гравитационную линзу. Обычное изображение галактики без искажений приведено слева на рис. 15.7. Если чёрная дыра расположена между Землей и далёкой галактикой, то будут наблюдаться два изображения галактики. К тому же оба изображения будут заметно искажены. И чем ближе чёрная дыра находится к прямой, соединяющей Землю и галактику, тем значительнее окажется искажение.

РИС. 15.7. Вид галактики «сквозь» гравитационную линзу. На этой схеме слева показано, как выглядит (без искажений) обычная спиральная галактика. Если между Землей и этой галактикой находится чёрная дыра, астрономы увидят два изображения. Чем ближе чёрная дыра к прямой, соединяющей Землю и галактику, тем сильнее будет искажение возникающих изображений. (По Р. Ч. Уэйту.)

Астрономы никогда не наблюдали изображений галактик, которые были бы похожи на полученные Уэйтом. Может быть, дело в том, что для заметной гравитационной фокусировки требуется исключительно точное расположение в пространстве Земли, чёрной дыры и удалённой галактики на одной прямой. Вероятность того, что такое сочетание (почти) в точности выполнено, крайне мала.

Хотя открытие гравитационных линз ещё впереди, уже можно сделать некоторые важные заключения. Астрономы наблюдают с помощью мощных телескопов множество галактик, разбросанных по всему небу. У галактик имеется тенденция группироваться в скопления, которые наблюдаются во всех свободных для распространения света областях неба, где отсутствует поглощающее вещество (рис. 15.8). Если существуют сверхмассивные чёрные дыры, т.е. если во Вселенной есть чёрные дыры, массы которых равны миллиардам солнечных масс, то они должны значительно исказить общий вид неба. Если где-то во Вселенной находится сверхмассивная чёрная дыра, она существенно повлияет на изображения находящихся за ней галактик. Так как скопления галактик разбросаны по небу достаточно равномерно, можно сделать важный вывод, что сверхмассивных чёрных дыр не существует.

РИС. 15.8. Скопление галактик. В любой области неба, свободной для прохождения света, наблюдается множество галактик. Если бы где-нибудь во Вселенной существовала сверхмассивная чёрная дыра, она значительно исказила бы изображения галактик на большой части неба. Однако такие искажения никогда не наблюдались. (Обсерватория им. Хейла.)

Заметных проявлений эффекта гравитационной линзы можно ожидать в двойных системах, состоящих из чёрной дыры и видимой звезды. Чёрная дыра должна отклонять и фокусировать свет от видимой звезды, вызывая тем самым необычные эффекты. В начале 1970-х годов Ч. Т. Каннингэм и Дж. М. Бардин провели интересные расчёты, показавшие, какими должны быть изображения видимых звёзд в подобных двойных системах.

Когда релятивистские эффекты отсутствуют, орбита каждой звезды в двойной системе имеет вид эллипса (рис. 15.9). Но если один из компонентов - чёрная дыра, то его влияние на положение изображений видимой звезды оказывается существенным. На рис. 15.10 приведены «видимые» траектории первичного изображения видимой (М=а). Когда видимая звезда находится перед чёрной дырой, её изображение практически остаётся неискаженным. Однако, когда звезда уходит за чёрную дыру, большая часть света звезды, который должен был бы наблюдаться земными астрономами, «проглатывается» дырой. Уйти из мощного гравитационного поля чёрной дыры удаётся только тем лучам света, которые испускаются видимой звездой под очень большими углами. Поэтому видимая траектория звезды, проходящей за чёрной дырой, оказывается сильно искаженной.

РИС. 15.9. Обычная двойная система. Когда релятивистские эффекты несущественны, орбита одной звезды вокруг другой в двойной системе должна быть эллипсом.

РИС. 15.10. Движение первичного изображения. На этой последовательности схем представлено движение первичного изображения видимой звезды при обращении её вокруг вращающейся чёрной дыры. Когда видимая звезда находится перед чёрной дырой, изображение почти не испытывает смещения. Однако когда видимая звезда проходит за чёрной дырой, мимо неё удаётся проскользнуть только тем лучам света, которые покинули звезду под большими углами. (По Ч. Т. Каннингэму и Дж. М. Бардину.)

Вдобавок к только что описанному первичному изображению земные астрономы смогут увидеть и вторичные изображения. Движение вторичного изображения видимой звезды показано на рис. 15.11. Чтобы было удобнее сравнивать, здесь же штриховой линией дана и траектория первичного изображения. В случае вторичных изображений лучи света от видимой звезды перед тем, как уйти к удалённому наблюдателю, описывают оборот вокруг чёрной дыры. Если вращение чёрной дыры сравнительно мало влияет на первичное изображение, то оно сильно сказывается на положении вторичных изображений. Когда видимая Звезда в действительности находится перед вращающейся чёрной дырой, вторичное изображение должно наблюдаться слева от неё. При движении звезды вокруг чёрной дыры (пусть для земного наблюдателя оно будет происходить против часовой стрелки) вторичное изображение также будет обращаться вокруг места, где расположена чёрная дыра, и тоже против часовой стрелки. Однако, когда будет пройдено 3/4 пути по орбите и видимая звезда станет выходить из-за чёрной дыры, произойдет нечто совершенно необычное. Возникнет новое вторичное изображение.

РИС. 15.11. Движение вторичных изображений. Лучи света, совершающие один оборот вокруг чёрной дыры до того, как уйти к удалённому астроному, дают вторичные изображения. Ввиду вращения чёрной дыры наблюдается несколько таких вторичных изображений. (По Ч. Т. Каннингэму и Дж. М. Бардину.)

Это новое изображение разделится на два. Одно станет двигаться против часовой стрелки, завершая оборот по орбите, другое же пойдет по часовой стрелке и встретится с первоначальным вторичным изображением. Такие множественные вторичные изображения возникают вследствие вращения чёрной дыры. Мировая линия при обороте в одну сторону вокруг чёрной дыры отличается от мировой линии при движении в другую сторону вокруг неё. Различие между траекториями обращения лучей света в прямую и в обратную стороны вокруг керровской чёрной дыры приводит к возникновению нескольких вторичных изображений.

Разумеется, у видимой звезды будут изображения и более высоких порядков. Лучи света, сделавшие два, три или четыре оборота вокруг чёрной дыры, дадут сложную систему изображений. Однако большая часть всего излучения видимой звезды будет сконцентрирована лишь в первичном и вторичных изображениях, так что изображения высших порядков будут исключительно слабыми.

Чтобы гравитационная фокусировка в поле чёрной дыры играла достаточно существенную роль, чёрная дыра и видимая звезда, образующие двойную систему, должны наблюдаться на небе близко друг к другу. Далее, Земля, чёрная дыра и видимая звезда должны находиться почти на одной прямой. Однако если чёрная дыра и видимая звезда находятся близко друг от друга, то крайне маловероятно, чтобы астроном вообще мог увидеть, как движутся около друг друга отдельные изображения. Эти изображения окажутся столь близкими друг к другу, а их перемещения будут такими незначительными, что даже в самые мощные телескопы вся система будет выглядеть как одно неподвижное пятно. Поэтому вряд ли астрономам когда-либо удастся открыть чёрную дыру по необычному поведению видимой звезды в двойной системе. Однако существует и другой эффект, позволяющий питать некоторые надежды.

До сих пор мы рассматривали расположение различных изображений при обращении видимой звезды вокруг чёрной дыры. При орбитальном движении эти изображения меняются по яркости. Учтя полную яркость всех изображений вместе взятых, Каннингэм и Бардин обнаружили, что через определённые промежутки времени яркости изображений будут складываться. По крайней мере один раз за каждый оборот свет видимой звезды будет необычайно ярким, и она будет на короткое время казаться несравненно ярче, чем обычно.

Астрономам известно множество двойных звёзд, которые периодически становятся то ярче, то слабее. Если двойная система ориентирована в пространстве таким образом, что одна звезда время от времени оказывается за другой, то происходят затмения звёзд. Во время затмения одна звезда экранирует часть света, идущего от другой. Световой поток от такой затменной двойной системы периодически падает, как видно из рис. 15.12, как только наступает затмение. И даже если астрономы не могут различить двух отдельных звёзд в системе с помощью телескопа, они в состоянии с помощью наблюдений периодических спадов кривой блеска сделать уверенный вывод о том, что перед ними - затменная двойная система.

РИС. 15.12. Затменная двойная система. Если двойная система ориентирована таким образом, что одна звезда время от времени проходит перед другой, полное количество света, испускаемое системой в нашу сторону, периодически убывает. Даже если астрономы, как это часто бывает, не могут увидеть по отдельности звёзд в такой затменной двойной системе, характерная форма кривой блеска выдаёт наличие двух звёзд.

Если одним из компонентов затменной двойной системы является чёрная дыра, то она будет периодически фокусировать свет от видимой звезды. На краткое время при каждом обороте видимая звезда будет казаться необычно яркой. Кривая блеска такой двойной системы будет иметь периодические пики, изображенные на рис. 15.13. И если когда-нибудь обнаружат двойную систему с такими аномальными пиками, то будет весьма вероятно, что в её состав входит чёрная дыра.

РИС. 15.13. Кривая блеска для двойной системы, включающей чёрную дыру. Фокусирующее действие чёрной дыры, входящей в двойную систему, должно давать пики на соответствующей кривой яркости.