Если около центра Млечного пути, содержащего сверхмассивную черную дыру, есть пульсар, он может пролить свет на нюансы общей теории относительности. Вспышки света, посылаемые в космос пульсаром с огромной частотой, могут указать, насколько сильно черная дыра искривляет пространство-время. В отличие от обычных звезд, пульсары излучают свет с постоянной частотой. Это вызвано их быстрым вращением, так как пульсар – нейтронная звезда, намного меньшая чем ее предшественник. В процессе превращения в нейтронную звезду во время взрыва сверхновой, она быстро теряет материал и уменьшается, что уменьшает ее момент инерции относительно оси вращения, тогда как кинетически момент остается практически неизменным. В результате повышается скорость вращения. Она может быть измерена современными средствами, и использована для изучения влияния черной дыры на ткань космоса.

Отслеживая орбиту

В общей теории относительности Эйнштейн объединил пространство и время в единую сущность – пространство-время, подверженную действию гравитации. Массивные объекты (с гравитационным полем большого потенциала) искривляет пространство время – линии, которые должны быть прямыми в пространстве, становятся искривленными. Поэтому около черной дыры в орбитах небесных тел можно заметить расхождения с законами Кеплера. Эллипсы, по которым движутся около черной дыры звезды, вместо того, чтобы оставаться постоянными, слегка прецессируют, так как каждый «нырок» объекта в потенциальный колодец около дыры изменяет их путь. «Вместо того, чтобы сохранять одно и то же положение в пространстве, эллипс медленно вращается», – говорит Джим Корд из Корнелльского университета.

Астрономы могут отследить это движение звезды, измеряя смещение электромагнитных волн, испущенных ею. Из-за движения звезды от нас спектр излучения смещается в красную сторону, при движении к нам – в обратную. В принципе, эффект Допплера можно распознать в движении любой звезды, но пульсары являются лучшими кандидатами на эту роль. Измеряя, как время между отдельными импульсами света вращающейся нейтронной звезды изменяется со временем (а значит, с ее движением по орбите), можно определить скорость удаления и приближения звезды, а за счет этого – изучить эффект искривления пространства-времени.

«Мы можем измерить время прибытия к нам сигнала с точностью до примерно миллисекунды, если речь идет о центре нашей галактики, – говорит Корд. – Это дает нам намного более точные данные, чем простое измерение эффекта Допплера». По эволюции орбиты пульсара астрономы таки образом смогут оценить гравитационное поле и массу черной дыры. Электромагнитные волны идут к нам дольше из-за искривления пространства-времени, и чем больше задержка, тем ближе к черной дыре проходит пульсар или тем больше ее масса. При этом также необходимо учитывать эффект Лензе-Тирринга, или эффект увлечения инерциальных систем отчета, выражающийся в появлении у тела дополнительных ускорений.

В поисках звезды

Астрономам еще предстоит найти пульсар неподалеку от Стрельца А* – источника радиоволн в центре галактики, практически наверняка черной дыры. Но поскольку пульсар – естественное завершение карьеры массивной звезды (но не настолько массивной, чтобы стать еще одной черной дырой), Корд считает, что их должно быть несколько. К сожалению, центр галактики, и путь света от него к нам, заполнен газом и пылью, ослабляющими и искажающими электромагнитные волны.

«Идеальным пульсаром окажется вращающийся со скоростью в несколько сотен раз в секунду, – говорит Корд. – Мы называем их миллисекундными, так как их период обращения вокруг собственной оси составляет несколько миллисекунд». Известны миллисекундные пульсары, скорость которых близка к пределу точности измерения и потому непригодна для изучения ее небольших изменений. Вместе с тем, чем больше частота (меньше период), тем более точные измерения ее флуктуаций теоретически доступны. В галактике полно пульсаров на любой вкус – и медленных, и быстрых, и слишком быстрых. Но около Стрельца А* их еще предстоит найти. К сожалению, газ и пыль намного лучше скрывают от нашего взора пульсары, чем обычные звезды. Рассеяние света происходит эффективнее. Следующим кандидатом среди пульсаров являются секундные. Они менее подвержены рассеянию света на межзвездном веществе.

В любом случае, для успешного изучения пульсара он должен находится близко к черной дыре, имея период обращения в несколько месяцев или меньше. Его орбита должна быть наклонена к экватору дыры. Такие пульсары можно заметить при помощи современных телескопов. «Еще десять лет назад у нас не было шанса обнаружить нужный пульсар из-за недостаточной чувствительности радиотелескопов, – говорит Корд. – И пока что мы не сумели найти пульсар, обращающийся вокруг черной дыры, наша теория – новая и не проверенная. Но она окажется очень мощной и полезной, если подходящий пульсар будет найден».