Совсем недавно науке стало достоверно известно, что же такое черная дыра. Но едва ученые разобрались с этим феноменом Вселенной, на них свалился новый, куда более сложный и запутанный: сверхмассивная черная дыра, которую и черной-то не назовешь, а скорее ослепительно белой. Почему? А потому, что именно такое определение дали центру каждой галактики, который светится и сияет. Но стоит туда попасть, и кроме черноты, ничего не остается. Что же это за головоломка такая?

Памятка о черных дырах

Доподлинно известно, что простая черная дыра - это некогда светившая звезда. На определенном этапе существования ее стали непомерно увеличиваться, при этом радиус оставался прежним. Если раньше звезду "распирало", и она росла, то теперь силы, сосредоточенные в ее ядре, начали притягивать к себе все остальные составляющие. Ее края "заваливаются" на центр, образуя невероятной силы коллапс, который и становится черной дырой. Такие «бывшие звезды» уже не светят, а являются абсолютно внешне незаметными объектами Вселенной. Но они весьма ощутимы, так как поглощают буквально все, что попадает в их гравитационный радиус. Неизвестно, что кроется за таким горизонтом событий. Исходя из фактов, любое тело столь огромная гравитация буквально раздавит. Однако в последнее время не только фантасты, но и ученые придерживаются мысли о том, что это могут быть своеобразные космические тоннели для путешествий на большие расстояния.

Что же такое квазар

Подобными свойствами обладает сверхмассивная черная дыра, иными словами, ядро галактики, у которого есть сверхмощное гравитационное поле, существующее за счет своей массы (миллионы или миллиарды масс Солнца). Принцип формирования сверхмассивных черных дыр пока установить не удалось. Согласно одной версии, причиной такого коллапса служат слишком сжатые газовые облака, газ в которых предельно разряжен, а температура невероятно высока. Вторая версия - это приращение масс различных малых черных дыр, звезд и облаков к единому гравитационному центру.

Наша галактика

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути не входит в разряд самых мощных. Дело в том, что сама галактика имеет спиралевидную структуру, что, в свою очередь, заставляет всех ее участников находиться в постоянном и достаточно быстром движении. Таким образом, гравитационные силы, которые могли бы быть сосредоточены исключительно в квазаре, как бы рассеиваются, и от края к ядру увеличиваются равномерно. Несложно догадаться, что дела в эллиптических или, скажем, неправильных галактиках, обстоят противоположным образом. На «окраинах» пространство крайне разряженное, планеты и звезды практически не движутся. А вот в самом квазаре жизнь буквально бьет ключом.

Параметры квазара Млечного Пути

Используя метод радиоинтерферометрии, исследователи смогли рассчитать массу сверхмассивной черной дыры, ее радиус и гравитационную силу. Как было отмечено выше, наш квазар тусклый, супермощным его назвать трудно, но даже сами астрономы не ожидали, что истинные результаты будут такими. Итак, Стрелец А* (так названо ядро) приравнивается к четырем миллионам солнечных масс. Более того, по очевидным данным, эта черная дыра даже не поглощает материю, а объекты, которые находятся в ее окружении, не нагреваются. Также был подмечен интересный факт: квазар буквально утопает в газовых облаках, материя которых крайне разряжена. Возможно, в настоящее время лишь начинается эволюция сверхмассивной черной дыры нашей галактики, и через миллиарды лет она станет настоящим гигантом, который будет притягивать не только планетарные системы, но и другие, более мелкие

Насколько малой ни была бы масса нашего квазара, более всего ученых поразил его радиус. Теоретически такое расстояние можно преодолеть за несколько лет на одном из современных космических кораблей. Размеры сверхмассивной черной дыры немного превышают среднее расстояние от Земли до Солнца, а именно составляют 1,2 астрономические единицы. Гравитационный радиус этого квазара в 10 раз меньше основного диаметра. При таких показателях, естественно, материя просто не сможет сингулировать до тех пор, пока непосредственно не пересечет горизонт событий.

Парадоксальные факты

Галактика относится к разряду молодых и новых звездных скоплений. Об этом свидетельствует не только ее возраст, параметры и положение на известной человеку карте космоса, но и мощность, которой обладает ее сверхмассивная черная дыра. Однако, как оказалось, «смешные» параметры могут иметь не только молодые Множество квазаров, которые обладают невероятной мощностью и гравитацией, удивляют своими свойствами:

• Обычный воздух зачастую имеет большую плотность, чем сверхмассивные черные дыры.
• Попадая на горизонт событий, тело не будет испытывать приливных сил. Дело в том, что центр сингулярности находится достаточно глубоко, и дабы достичь его, придется проделать долгий путь, даже не подозревая, что обратной дороги уже не будет.

Гиганты нашей Вселенной

Одним из самых объемных и старых объектов в космосе является сверхмассивная черная дыра в квазаре OJ 287. Это целая лацертида, расположенная в созвездии Рака, которая, к слову, очень плохо видна с Земли. В ее основе лежит двойная система черных дыр, следовательно, имеется два горизонта событий и две точки сингулярности. Больший объект имеет массу 18 миллиардов масс Солнца, практически как у небольшой полноценной галактики. Этот компаньон статичен, вращаются лишь объекты, которые попадают в его гравитационный радиус. Меньшая система весит 100 миллионов масс Солнца, а также имеет период обращения, который составляет 12 лет.

Опасное соседство

Галактики OJ 287 и Млечный Путь, как было установлено, являются соседями - расстояние между ними составляет примерно 3,5 миллиарда световых лет. Астрономы не исключают и той версии, что в ближайшем будущем эти два космических тела столкнутся, образовав сложную звездную структуру. По одной из версий, именно из-за сближения с подобным гравитационным гигантом движение планетарных систем в нашей галактике постоянно ускоряется, а звезды становятся горячее и активнее.

Сверхмассивные черные дыры на самом деле белые

В самом начале статьи был затронут весьма щекотливый вопрос: цвет, в котором перед нами постают самый мощные квазары, сложно назвать черным. Невооруженным глазом даже на самой простенькой фотографии любой галактики видно, что ее центр - это огромная белая точка. Почему же тогда мы считаем, что это сверхмассивная черная дыра? Фото, сделанные через телескопы, демонстрируют нам огромное скопление звезд, которые притягивает к себе ядро. Планеты и астероиды, которые вращаются рядом, из-за непосредственной близости отражают, тем самым преумножая весь присутствующий рядом свет. Так как квазары не затягивают с молниеносной скоростью все соседние объекты, а лишь удерживают их в своем гравитационном радиусе, они не пропадают, а начинают еще больше пылать, ведь их температура стремительно растет. Что же касается обычных черных дыр, которые существуют в открытом космосе, то их название полностью оправдано. Размеры относительно невелики, но при этом сила гравитации колоссальна. Они попросту «съедают» свет, не выпуская из своих берегов ни единого кванта.

Кинематограф и сверхмассивная черная дыра

Гаргантюа - этот термин человечество стало широко употреблять по отношению к черным дырам после того, как на экраны вышел фильм «Интерстеллар». Просматривая эту картину, сложно понять, почему выбрано именно это название и где связь. Но в первоначальном сценарии планировали создать три черных дыры, две из которых носили бы названия Гаргантюа и Пантагрюэль, взятые из сатирического романа После внесенных изменений осталась лишь одна «кроличья нора», для обозначения которой было выбрано первое наименование. Стоит заметить, что в фильме черная дыра изображена максимально реалистично. Так сказать, дизайном ее внешнего вида занимался ученый Кип Торн, который базировался на изученных свойствах данных космических тел.

Как мы узнали о черных дырах?

Если бы не теория относительности, которая была предложена Альбертом Эйнштейном в начале ХХ века, никто бы, наверное, даже не обратил внимания на эти загадочные объекты. Сверхмассивная черная дыра расценивалась бы как обычное скопление звезд в центре галактики, а рядовые, маленькие, вовсе бы осталась незамеченными. Но сегодня, благодаря теоретическим расчетам и наблюдениям, которые подтверждают их правильность, мы можем наблюдать такой феномен, как искривление пространства-времени. Современные ученые говорят, что найти «кроличью нору» не так уж и сложно. Вокруг такого объекта материя ведет себя неестественно, она не только сжимается, но порой и светится. Вокруг черной точки образуется яркий ореол, который виден в телескоп. Во многом природа черных дыр помогает нам постичь историю становления Вселенной. В их центре находится точка сингулярности, подобная той, из которой ранее развился весь окружающий нас мир.

Доподлинно неизвестно, что может случиться с человеком, который пересечет горизонт событий. Раздавит ли его гравитация, или же он окажется в совершенно ином месте? Единственное, что можно утверждать с полной уверенностью, - гаргантюа замедляет время, и в какой-то момент стрелка часов окончательно и бесповоротно останавливается.

Вселенная таит в себе множество загадок. Строение и особенности различных , возможность межпланетных путешествий привлекают внимание не только ученых, но и любителей научной фантастики. Естественно, наибольшей привлекательностью обладает то, что имеет уникальные свойства, что, в силу разных обстоятельств, недостаточно исследовано. К подобным объектам относятся чёрные дыры.

Чёрные дыры обладают очень высокой плотностью и невероятно большой силой гравитации. Даже лучи света не могут вырваться из них. Именно поэтому учёные могут «увидеть» чёрную дыру только благодаря тому действию, которое она оказывает на окружающее пространство. В непосредственной близости от чёрной дыры вещество раскаляется и движется с очень большой скоростью. Это газообразное вещество называют аккреционным диском, который выглядит как плоское светящееся облако. Рентгеновское излучение аккреционного диска учёные наблюдают в рентгеновские телескопы. Также фиксируют огромную скорость движения звёзд по их орбитам, что происходит благодаря большой гравитации невидимого объекта огромной массы. Астрономы выделяют три класса чёрных дыр:

Чёрные дыры, имеющие звёздную массу,

Чёрные дыры с промежуточной массой,

Сверхмассивные чёрные дыры.

Звёздной считают массу от трех до ста солнечных масс. Сверхмассивными называют чёрные дыры, имеющие от сотен тысяч до нескольких миллиардов масс Солнца. Они находятся обычно в центре галактик.

Вторая космическая скорость или скорость убегания – это тот минимум, который необходимо достичь для преодоления гравитационного притяжения и выхода за пределы орбиты данного небесного тела. Для Земли скорость убегания равна одиннадцати километрам в секунду, а для чёрной дыры - это более трёхсот тысяч, вот насколько сильна её гравитация!

Границу чёрной дыры называют горизонтом событий. Объект, попавший внутрь него, уже не может покинуть эту область. Размер горизонта событий пропорционален массе чёрной дыры. Чтобы показать, насколько огромна плотность чёрных дыр, учёные приводят следующие цифры – чёрная дыра с массой, в 10 раз превосходящей солнечную, имела бы, примерно, 60 км в диаметре, а чёрная дыра с массой нашей Земли – всего лишь 2 см. Но это только теоретические расчеты, поскольку чёрных дыр, не достигших трёх солнечных масс, учёными ещё не выявлено. Всё, что входит в область горизонта событий, двигается по направлению к сингулярности. Сингулярность, если сказать упрощенно, - это место, где плотность стремится к бесконечности. Через гравитационную сингулярность нельзя провести входящую в неё геодезическую линию. Для чёрной дыры характерно искривление структуры пространства и времени. Прямая линия, которая в физике представляет собой путь движения света в вакууме, вблизи чёрной дыры становится кривой. Какие физические законы работают рядом с точкой сингулярности и непосредственно в ней, пока неизвестно. Некоторые исследователи, например, говорят о наличии так называемых червоточин, или пространственно-временных туннелей, в чёрных дырах. Но не все учёные согласны признать существование подобных туннелей-червоточин.

Тема космических путешествий, пространственно-временных туннелей служит источником вдохновения для писателей-фантастов, сценаристов и режиссеров. В 2014 году состоялась премьера фильма «Интерстеллар». Над его созданием работала целая группа учёных. Их руководителем стал известный учёный, специалист в области теории гравитации, астрофизики – Кип Стивен Торн. Этот фильм считают одним из самых научных среди фантастических кинокартин и, соответственно, предъявляют к нему высокие требования. Велись многочисленные споры о том, насколько различные моменты фильма соответствуют научным фактам. Была даже издана книга «Наука Интерстеллара», в которой профессор Стивен Торн объясняет с научной точки зрения различные эпизоды из фильма. Он говорил о том, что многое в киноленте основано как на научных фактах, так и на научных предположениях. Однако есть и просто художественный вымысел. Например, чёрная дыра Гаргантюа представлена в виде светящегося диска, который огибает свет. Это не расходится с научными знаниями, т.к. видна не сама чёрная дыра, а только аккреционный диск, а свет не может двигаться по прямой из-за мощной гравитации и искривления пространства.

В чёрной дыре Гаргантюа есть кротовая нора, представляющая собой червоточину или туннель, проходящий сквозь пространство и время. Наличие подобных туннелей в чёрных дырах - всего лишь научное предположение, с которым не согласны многие учёные. К художественному вымыслу относится возможность совершить путешествие по такому туннелю и вернуться назад.

Чёрная дыра Гаргантюа – это фантазия создателей «Интерстеллара», которая во многом соответствует реальным космическим объектам. Поэтому для особо яростных критиков хочется напомнить – фильм, всё же, научно-фантастический, а не научно-популярный. Он показывает красоту и величие мира, который нас окружает, напоминает о том, как много ещё нерешенных задач у . А требовать от фантастического фильма точного отражения научно доказанных фактов - несколько неправомерно и наивно.

Самая громкая картина 2014 года, фильм «Интерстеллар» режиссера Криса Нолана с первого дня показа завоевал огромную популярность среди широких кругов зрителей и продолжает набирать обороты. Он получил высокие оценки — 9/10 на Кинопоиске и 9/10 на IMDB и надежно закрепился в пятерке лучших фильмов всех времен, наряду с такими культовыми кино, как «Побег из Шоушенка», «Зеленая миля», «Форрест Гамп» и «Список Шиндлера».

Главных достоинств Интерселлара очень много – это великолепная визуализация, отличный саундтрек на протяжении всего фильма, прекрасная игра актеров, философские рассуждения на тему человечества, тема семьи и любви, мощная эмоциональная составляющая и немного юмора. И все это сливается воедино, идеально дополняя картину так, что 3 часа просмотра пролетают на одном дыхании. Каждый может найти в этой картине что-то для себя. Не обязательно углубляться в законы физики и науки или знать все тонкости космических полетов, чтобы получить удовольствие от его просмотра.

Конечно, фильм, претендующий на звание лучшего научного кино, вызвал мощный резонанс в обществе – нашлась большая толпа критиков, осуждающих науку Интерстеллара, а обсуждения и споры на форумах насчитывают десятки тысяч сообщений. Действительно, космические полеты через Кротовую нору, позволяющие преодолевать расстояния в миллиарды световых лет за считанные минуты, полеты возле Черной дыры со скоростями, близкими к скорости света, гигантские волны на необычной планете, чудовищное замедление времени, перемещение в пяти измерениях, вне времени и пространства – все это выходит за рамки привычного представления об окружающем мире и больше походит на фантастику.

Но весь фильм построен на научных исследованиях астрофизика Кипа Торна – крупнейшего в мире специалиста в области Черных дыр, Кротовых нор, гравитации и квантовой физики, и снят под его руководством. Несмотря на то, что для придания фильму зрелищности и преподнесения зрителю сложнейших теорий в приятной и понятной форме, приходилось прибегать к некоторым условностям и допущениям, оспаривать научную составляющую Интерстеллара – все равно, что спорить с самим Кипом Торном. Многие моменты фильма подробно объяснены в его книге «Наука Интерстеллара», которую он выпустил вскоре после съемок фильма.

Скачать «The Science of Interstellar» Kip Thorne можно .

Рассмотрим ключевые спорные моменты и постараемся их описать простыми словами:

Замедление времени

Из теории общей относительности Эйнштейна следует, что гравитация деформирует пространство и время. Поэтому вблизи горизонта событий сверхмассивной Черной дыры Гаргантюа, время замедляется настолько сильно, что когда экипаж Рейнджера высаживается на планету Миллер, один час, проведенный там равен 7 годам, проведенным на Земле. А так как космическая станция Эндюранс в это время оставалась на значительном расстоянии от горизонта событий, то на ней время текло почти так же медленно, как на Земле. Поэтому при возвращении с планеты, спустя 3 часа, оказалось, что Ромилли, оставшийся на станции, постарел на 23 года.

На планете Миллер, наверно, было бы возможно зарождение жизни, если бы не гигантские волны, с которыми столкнулись Купер и его команда. Возникают они, опять же, из-за близости к горизонту событий Черной дыры. На планету действует огромная приливная сила, которая вытягивает планету вдоль силовых линий, а также создает мощный прилив со стороны Гаргантюа. Таким образом, на дальней стороне планеты, куда высадился экипаж, получается настолько низкий уровень воды, что по нему герои фильма могут ходить пешком. Но из-за того, что планета быстро вращается, а ее ось не совпадает с силовыми линиями Черной дыры, возникают волны, которые и настигают команду. Также волны могут быть вызваны цунами вследствие тектонических сдвигов.

Преодоление гравитации

В Интерстелларе несколько раз приходится преодолевать гравитацию планет и Черной дыры, и очень остро стоит вопрос экономии топлива. События происходят в недалеком будущем, и, не смотря на то, что космические программы были свернуты, некоторые технологии получили развитие. Тем самым, у челноков Рейнджер и Лендер были достаточно мощные двигатели, но возможно, что на топливе, загрязняющем окружающую среду. Поэтому, в начале фильма Рейнджер с грузом долетел до орбиты Земли на обычных разгонных блоках, тем самым, не тратя свое топливо на преодоление гравитации Земли и не загрязняя атмосферу. После стыковки со станцией Эндюранс и после полета через Кротовую нору, Рейнджер уже без лишнего груза спустился на планету Миллер, а после улетел с нее, воспользовавшись гравитацией самой Черной дыры. Во второй раз челнокам требовалось взлететь с планеты Манна, имеющей массу меньше, чем у Земли. Остальные перемещения в фильме совершались на космической станции Эндюранс.

Пятимерное пространство

Один из самых зрелищных моментов фильма наступает после того, как Купер падет за горизонт событий Гаргантюа и оказывается в неком пятимерном пространстве. Наш мир, имеющий три пространственных координаты и одну временную, в этом пространстве называется браной, по аналогии с двухмерной мембраной в трехмерном измерении. Это пятимерное пространство-время было показано нам так, как его видит режиссер Крис Нолан. Потому что изобразить пятимерный мир на двухмерном экране невозможно в принципе. Но это представление было поистине великолепным. Этот пятимерный мир «они» — люди будущего создали для Купера и замкнули его на комнате, чтобы Купер смог отправить своей дочери координаты НАСА и квантовые данные, собранные роботом ТАРС с той стороны черной дыры. Данные Купер передал с помощью гравитации, которая не зависит от пространства и времени, отправив их в двоичном коде на стрелку часов дочери. Эти данные в дальнейшем помогли Мерф решить уравнение гравитации, которое помогло бы связать различные теории в одну и помочь людям познать саму гравитацию. После передачи данных, «они» отправили Купера в место недалеко от Сатурна в то время, в которое необходимо, чтобы его забрали и отвезли на станцию.

Кротовые норы

В теории существуют Кротовые норы (червоточины) – туннели в гиперпространстве, кратчайшим путем соединяющие искривленное пространство. На данный момент известны только такие норы, срок жизни которых меньше, чем требуется свету, чтобы пролететь из одного конца в другой. В фильме представлена Кротовая нора, существующая более 50 земных лет, через которую 12 исследователей и экипаж Эндюранс перемещались в другую галактику за очень малое время. Существование такой норы не доказано и не опровергнуто, а также не изучены ее свойства. Не известно, можно ли на самом деле перелететь через нее, и как бы она взаимодействовала с планетами Солнечной системы.

Черная дыра и необычная система планет.

Вымышленная сверхмассивная Черная дыра Гаргантюа имеет массу в 100 миллионов солнц и находится в 10 миллиардах световых лет от Земли. Она вращается со скоростью, близкой к световой, и своей гравитацией затягивает окружающие объекты. Вокруг Гаргантюа образуется аккреционный диск из раскаленного газа и пыли, который из-за трения испускает излучение и свет, обогревающий планеты в ее системе. Одним из главных достижений в фильме было наглядное представление, как выглядит аккреционный диск Черной дыры при линзировании — искривлении гравитационным полем направлений распространения излучения, подобно тому, как искривляется свет, проходя через обычную линзу. Из-за того, что Гаргантюа имеет огромную массу, то действие приливных сил на значительном расстоянии от горизонта событий довольно мало. Поэтому планеты, при достаточно большой скорости вращения на орбитах могут существовать довольно длительное время, чтобы на них можно было жить. А тепло, достаточное для жизни, они получают от аккреционного диска Черной дыры.

Экологическая катастрофа Земли

В начале фильма Интерстеллар показана глобальная экологическая катастрофа ближайшего будущего, которая угрожает всей жизни на Земле. Из-за вредного грибка погибают посевы, все, кроме кукурузы, увеличивается концентрация азота в атмосфере и ухудшается климат. Вопрос экологии на Земле в последнее время стоит очень остро, и при текущем нерациональном использовании природных ресурсов такая катастрофа может наступить очень скоро. Причины ухудшения экологии различны – это выброс газов в атмосферу, использование пестицидов и химикатов для растений, генномодифицированные продукты, и прочее. Все это негативно влияет на нашу планету, и она начинает отторгать человечество. Именно это и происходит в фильме.

Исследование планет

С той стороны червоточины исследователи нашли звездную систему. Оттуда можно было подать лишь примитивный сигнал и лишь одни раз в год. Поэтому 12 исследователей должны были после высадки собрать информацию о пригодности планет для жизни и передать их в простейшей форме, пригодны они или нет. Положительные сигналы пришли с нескольких планет, в том числе, с трех планет в системе Гаргантюа – планеты Миллер, Манн и Эдмундс. Экипаж Купера решил отправиться к этим трем планетам, и, не имея практически никаких данных о самих планетах, исследовать их, экономя топливо и время.

Вообще, фильм Интерстеллар вызывает очень много вопросов, о которых будут ходить споры еще долгое время. И в этом одно из достоинств данного кино, т.к. оно побудило задуматься о рассмотренных проблемах не только простых людей, но и видных научных деятелей. И, вполне возможно, что оно окажет некоторое влияние на дальнейшее изучение и освоение космоса. Но не стоит забывать, что, хоть Интерстеллар и научная фантастика, в первую очередь это художественное кино. И все, что съемочная команда хотела донести до зрителя, представлено в нем просто отлично.

Интервью с Крисом Ноланом и Джессикой Честейн:

Интервью с Мэттью МакКонахи и Энн Хэтэуэй:

Также вы можете скачать архив с постерами и обоями фильма Интерстеллар в высоком разрешении и книгу «Наука Интерстеллара» Кипа Торна:

Скачать архив с обоями и постерами (zip)
Скачать книгу «The Science of Interstellar» (pdf)

Линзирование быстровращающейся черной дыры – Гаргантюа

Пространственный вихрь, образующийся из-за огромной скорости вращения Гаргантюа, влияет на гравитационное линзирование. Звездный узор на рис. 8.1 (Гаргантюа) заметно отличается от изображенного на рис. 8.4 (невращающаяся черная дыра), а эффект при движении камеры отличается еще больше.

Для Гаргантюа (рис. 8.5) при движении камеры проявляются два кольца Эйнштейна, обозначенных на рисунке фиолетовыми замкнутыми кривыми. Снаружи внешнего кольца звёзды «движутся» вправо (в частности, вдоль двух пар красных кривых), так же как и для невращающейся черной дыры на рис. 8.4. Однако у заднего края тени пространственный вихрь сжимает поток движения в узкие полосы, которые довольно резко изгибаются у экватора, и ускоряет его. Также вихрь образует в потоке «водовороты» (замкнутые красные кривые).

Рис. 8.5. Эффект перетекания звезд рядом с быстровращающейся черной дырой, подобной Гаргантюа, «вид через камеру». В этой модели студии Double Negative дыра вращается со скоростью в 99,9 процента от предельной, а камера движется по круговой экваториальной орбите, окружность которой в шесть раз превышает окружность горизонта. См. видеоролик на странице Interstellar.withgoogle.com

Вторичное изображение каждой звезды появляется в области между кольцами Эйнштейна, и циркулирует вдоль замкнутой кривой (пример – две желтые кривые), двигаясь при этом в направлении, противоположном красным потокам снаружи внешнего кольца.

Здесь есть две особенные звезды, для которых гравитационное линзирование не действует. Одна из них расположена прямо над северным полюсом Гаргантюа, другая – прямо под южным. Это аналоги Полярной звезды, которая расположена прямо над Северным полюсом Земли. Я нарисовал пятиконечные звездочки рядом с первичными (красная звездочка) и вторичными (желтая) изображениями полярных звезд Гаргантюа. С Земли кажется, будто все звезды циркулируют вокруг Полярной звезды – поскольку мы вращаемся вместе с Землей. Аналогично по мере движения камеры по орбите вокруг дыры все первичные изображения звезд рядом с Гаргантюа циркулируют вокруг первичных изображений полярных звезд, но пути их движения (например, две замкнутые красные кривые) сильно искажены пространственным вихрем и гравитационным линзированием. Тем же образом вторичные изображения звезд циркулируют вокруг вторичных изображений полярных звезд (например, вдоль двух желтых кривых).

Почему в случае невращающейся черной дыры (рис. 8.4) кажется, что вторичные изображения звезд возникают из-за тени черной дыры, огибают ее и возвращаются обратно к тени, а не циркулируют вдоль замкнутых кривых, как в случае Гаргантюа (рис. 8.5)? На самом деле они все же циркулируют вдоль замкнутых кривых, но внутренний край этих кривых находится так близко к краю тени, что его невозможно увидеть. Вращение Гаргантюа завихряет пространство, и этот вихрь сдвигает внутреннее кольцо Эйнштейна наружу, проявляя его и показывая полный путь движения вторичных изображений (желтые кривые на рис. 8.5).

В пределах внутреннего кольца Эйнштейна движения узора звезд еще более сложны. Звезды в этой области являются изображениями третьего и более высоких порядков для всех звезд во Вселенной – звезд, первичные изображения которых видны снаружи внешнего кольца Эйнштейна, а вторичные – между внутренним и внешним кольцами.

На рис. 8.6 выделено пять участков экваториальной плоскости Гаргантюа, сама Гаргантюа показана черным, орбита камеры – фиолетовым пунктиром, а луч света – красным. Этот луч формирует для камеры изображение звезды, на которую указывает синяя стрелка. Камера движется вокруг Гаргантюа против часовой стрелки.

Рис. 8.6. Лучи света, формирующие изображения звезд, на которые указывают синие стрелки (Модель Double Negative, та же, что на рис. 8.1 и 8.5.)

Последовательно изучая эти рисунки, можно многое понять о гравитационном линзировании. Имейте в виду: действительное направление к звезде – вверх и вправо (внешние концы красных лучей). Стрелка, идущая от значка камеры, указывает на изображение звезды. Десятеричное изображение находится очень близко к левому краю тени, а правое вторичное изображение – рядом с правым краем; сравнивая направления камеры для этих изображений, можно увидеть, что тень покрывает примерно 150 градусов направления вверх, несмотря на то что действительное направление от камеры к центру Гаргантюа – влево и вверх. Эффект гравитационного линзирования сдвинул тень относительно действительного направления к Гаргантюа.