Текст книги "От чёрных облаков к чёрным дырам"

Автор книги: Джаиант Нарликар

сообщить о нарушении

Текущая страница: 9 (всего у книги 10 страниц)

Глава 10 ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ

С момента рождения жизнь звезды – это непрерывная борьба за сохранение внутреннего равновесия против значительно превосходящих сил. Эти силы, конечно, порождаются собственной массой звезды, т.е. силой сжатия за счёт собственного тяготения. Либо за счёт термоядерного синтеза, либо за счёт давления вырождения звезде удаётся противостоять этой силе каждый раз, когда это необходимо, перестраивая свой внутренний состав и меняя внешний вид. Отдельные части диаграммы Г—Р, где содержатся звёзды главной последовательности, красные гиганты и белые карлики, а также невидимые нейтронные звёзды, показывают, какова степень приспособляемости звёзд к меняющимся условиям. В гл. 9 мы видели, что если масса звезды не превышает некоторых критических значений, она может продолжать существовать либо как белый карлик, либо как нейтронная звезда.

Но что случится с теми звёздами, которые слишком массивны, чтобы на финальной стадии превратиться в белые карлики или нейтронные звёзды? Эддингтон (см. гл. 9) правильно предсказал их судьбу, хотя он чувствовал, что эта судьба так удивительна, что, может быть, она не разрешена законами природы.

С тех пор как в 30-х годах Эддингтон высказал свои сомнения, общее отношение к этому вопросу изменилось. Дело не в том, что природа открыла нам какой-то драматический секрет, а в том, что астрофизики-теоретики в наши дни стали храбрее предлагать такие сценарии развития событий, которые старшим поколением рассматривались бы как чересчур радикальные и неприемлемые. Современные учёные во многом следуют завету Шерлока Холмса, легендарного детектива, созданного пером сэра Артура Конан Дойла: «После того, как вы исключили все невозможное, остающееся, пусть и невероятное, должно быть правдой».

Таким образом, тот сценарий, который Эддингтон полагал невозможным (звезда будет продолжать сжиматься, пока её собственное тяготение не завернёт назад все её излучение), в настоящее время является одной из самых популярных астрофизических идей. Соответствующий объект получил название чёрной дыры. Прежде чем обсуждать его свойства, приглядимся повнимательнее к той силе в природе, которая порождает этот объект, т.е. к силе тяжести. Когда звезда становится чёрной дырой, она наконец-то уступает победу гравитации! ГРАВИТАЦИЯ В РОЛИ ДИКТАТОРА

Хотя тяготение было первым из четырёх фундаментальных взаимодействий в природе, законы которых были открыты и сформулированы в математической форме, оно все ещё во многом остаётся загадкой. Когда Ньютон установил закон тяготения

F = G m₁ m₂ ,

(1) r²

его спросили, почему существует такой закон. Знаменитый ответ Ньютона гласил: «Гипотез не измышляю». Ньютоновский подход был эмпирическим. Закон тяготения (1) объясняет движение планет и спутников и может быть проверен в других ситуациях. Вопрос о том, почему в природе существует такой закон, требует более глубокого понимания, которого не было у Ньютона. Но и сегодня, три столетия спустя, мы не понимаем этого.

Мы пойдём по пути Ньютона, возьмём этот закон, как он есть, и посмотрим на некоторые его приложения.

Немедленным следствием из формулы (1) является то, что если две массы (m₁ и m₂) велики, то сила тяготения также велика. Это объясняет, почему гравитационная сила практически несущественна для атомных частиц, но важна в астрономии. Возьмём, например, закон электростатического притяжения между двумя электрическими зарядами +e и -e , находящимися на расстоянии r друг от друга:

E = e² .

(2) r²

Заметим, что как электростатическая сила Е, так и гравитационная сила F являются силами притяжения, они увеличиваются при сближении частиц. Таким образом, отношение двух сил одинаково, при всех расстояниях r:

E/F = e²/Gm₁m₂

Для пары электрон—протон в атоме водорода это отношение равно десяти тысячам миллиардов миллиардов миллиардов миллиардов (10⁴⁰). Такое большое число объясняет, почему физики-атомщики не торопятся учитывать гравитационные эффекты в своих вычислениях: эти эффекты необычайно подавлены превосходящими электромагнитными силами.

Но астрономы имеют дело с электрически нейтральными большими массами. Таким образом, для этих тел электрическая сила E=0, а гравитационная сила F очень велика. Астроном не может исключить гравитацию из рассмотрения. Мы уже видели, что гравитация определяет весь жизненный цикл звезды.

Приведём пример, демонстрирующий «диктаторские замашки» гравитации. На рис. 62 показаны массы m₁ и m₂ соединённые резиновой лентой. На рис. 62, а лента растянута, так что массы находятся далеко друг от друга. Когда лента начинает стягиваться, массы m₁ и m₂ начинают сближаться. Если предоставить им эту возможность, они будут двигаться друг к другу. Но не слишком долго! Поскольку эти массы движутся под действием упругой силы, стремящейся сократить длину ленты, сама эта сила уменьшается. На рис. 62, б показано, что когда массы сблизились (и лента сократилась до нерастянутого состояния), на них уже не действует никакая сила.

Рис. 62. Массы m₁ и m₂ притягиваются друг к другу из-за стремления растянутой резиновой ленты сократиться (а). Сила, действующая на массы, исчезает, как только лента сожмётся до нерастянутого состояния (б)

На рис. 63 показана ситуация в случае тяготения, выглядящая совершенно иначе. На рис. 63, а массы далеко друг от друга и между ними действует слабая сила гравитационного притяжения. Если однако, дать им возможность двигаться друг к другу под действием этой силы, то сама сила не будет уменьшаться. Наоборот, она растёт. На рис. 63, б показано, что чем ближе массы m₁ и m₂ друг к другу, тем большая сила действует между ними.

Рис. 63. В противоположность ситуации, показанной на рис. 62, гравитационное притяжение между массами m₁ и m₂ растёт при сближении масс

Как говорил Герман Бонди, гравитация похожа на диктатора: подчиняйся её распоряжениям, и она будет требовать ещё больше.

Именно это испытывают звёзды на протяжении всей их жизни, особенно на конечной стадии. Когда звёздная сердцевина сжимается под действием гравитации, она ведёт себя аналогично двум массам на рис. 63. При сжатии сердцевины полная сила гравитации становится все больше и больше, так что шансы звёзды на восстановление утраченного равновесия становятся все меньше. Сжатие означает подчинение требованиям гравитации, и чем больше это подчинение, тем хуже для вещества. Именно поэтому звёзды, слишком массивные для того, чтобы стать белым карликом или нейтронной звездой, продолжают сжиматься.

Следует подчеркнуть, что это свойство гравитации является в некотором роде исключением среди других сил в природе. Вообще говоря, все силы ведут себя так же, как упругая сила на рис. 62, т. е. они исчезают, как только выполнены их требования.

Посмотрим, что же происходит с сокращающимся шаром из вещества, которое никакими средствами не может приостановить этот процесс. ГРАВИТАЦИОННЫЙ КОЛЛАПС

Такой процесс сжатия, при котором силы тяготения неудержимо возрастают, называется гравитационным коллапсом. Мы уже немного познакомились с этим явлением, когда в гл. 6 обсуждали мысленный эксперимент, в котором Солнце сжималось под действием собственного тяготения при отсутствии противодействующих этому сил давления. Мы обнаружили в этом эксперименте, что Солнце должно сжаться в точку всего лишь за 29 мин! Такое короткое время указывает, насколько быстро гравитация диктует ход событий.

Продолжим обсуждение этого мысленного эксперимента и зададим вопрос: «Можем ли мы, внешние наблюдатели, проследить ход этого драматического события до самого конца?» Небольшое рассуждение показывает, что это невозможно. Тяготение в соответствии со своими диктаторскими замашками налагает запрет на любые сигналы, выходящие, наружу и несущие информацию о том, что Солнце сжалось в точку.

Посмотрим, почему это происходит. Обратимся сначала к той силе тяготения, которую мы испытываем на Земле. Из рис. 64 видно, что происходит с любым предметом, брошенным с поверхности Земли. Будь то камешек, подброшенный в воздух, или снаряд, выстеленный с большой силой, все равно предмет вернётся рано или поздно на поверхность Земли под действием её притяжения.

Рис. 64. Предметы, подброшенные в воздух, в конце концов возвращаются на поверхность Земли, что обусловлено силой притяжений. Показаны типичные траектории

Означает ли это, что нельзя покинуть поверхность Земли? То, что ответ на этот вопрос должен быть отрицательным, подтверждается существованием огромных ракет. Эти ракеты способны вывести космические аппараты за пределы влияния тяготения Земли. Космические аппараты вроде «Пионера-10» или «Вояджера-I,II» продемонстрировали, что можно покинуть Землю и никогда на неё не вернуться.

Расчёты показывают, что предмет может навсегда покинуть Землю, если он брошен с некоторой минимальной скоростью. Эта скорость называется скоростью убегания и равна примерно 11,2 км/с (более 40 000 км/ч). То, что скорость убегания имеет большое значение, объясняет, почему камень и артиллерийский снаряд падают обратно на Землю. Однако, как бы ни велика была скорость, она достижима для сделанных руками человека ракет, и это объясняет, почему космические аппараты типа «Пионер-10» навсегда покинули Землю.

Формула, определяющая значение скорости убегания, довольно проста. Если мы хотим знать скорость убегания V с поверхности любого астрономического объекта массой М и радиусом R, нужно воспользоваться формулой

V = (2GM/R)^½. (3)

Так, для Луны эта формула даёт: М = 7,35•10²² кг, R = 1738 км, и если взять G=6,66•10^-8 ед. СГС, то получится V=2,38 км/с. Скорость убегания с поверхности Луны, таким образом, значительно меньше, чем с поверхности Земли. (Это очень счастливое обстоятельство позволило астронавтам экспедиции «Аполлон», высадившимся на Луну, покинуть лунную поверхность, не пользуясь чересчур мощными ракетными двигателями, и вернуться на Землю.)

Формула (3) даёт ключ к пониманию запрещающих свойств чёрной дыры. Представим, что происходит с массивным телом, когда оно сокращается в размерах под действием собственного тяготения. Его масса М остаётся постоянной, а радиус R уменьшается. На рис. 65 показано, каким образом меняется скорость убегания с поверхности звезды, в 10 раз более массивной, чем Солнце, в зависимости от уменьшения радиуса. Заметим, что скорость убегания сравнительно невелика для больших значений R, скажем, при R=10•R_☉ (радиус Солнца R_☉ =700 000 км), но быстро растёт и достигает значения скорости света

с ≈ 300000 км/с

при радиусе порядка 30 км. Таким образом, если тело сожмётся до размера ещё меньше этого, даже свет не сможет покинуть его поверхность.

Рис. 65. Скорость убегания с поверхности звезды массой в 10 солнечных масс возрастает до скорости света с, когда звезда сжимается от начального радиуса 7 млн. км (равного 10R _☉ ) до радиуса чёрной дыры, равного примерно 30 км (масштаб логарифмический)

Так как свет является самым быстрым (а часто и единственным) переносчиком информации от астрономического тела, ясно, что внешний наблюдатель будет лишён всякой информации об объекте, как только тело сожмётся внутрь сферы критического радиуса

R_S = 2GM .

(4) c²

Для объекта, в 10 раз более массивного, чем Солнце, этот радиус равен примерно 30 км. Мы теперь понимаем, что имел в виду Эддингтон, когда говорил, что гравитация станет «достаточно сильной, чтобы удержать излучение», и почему мы не можем засвидетельствовать сжатие Солнца в точку в нашем мысленном эксперименте.

Эддингтон был не прав, однако, в отношении мирного будущего неудержимо сжимающейся звезды, так как заключительные события далеки от мирных я спокойных. Чтобы понять эти последние мгновения жизни звезды, нужно отойти от ньютоновской теории тяготения и обратиться к общей теории относительности Эйнштейна. ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ОТНОСИТЕЛЬНОСТИ

Мы бы ушли слишком далеко от нашей главной темы о судьбе звёзд, если бы начали подробно обсуждать, что такое общая теория относительности. Отметим только те её аспекты, которые имеют отношение к обсуждаемой проблеме¹²³¹.

1231 Подробный общедоступный рассказ об этом содержится в книге автора «Гравитация без формул». Пер. с англ. М.: Мир, 1985.– Прим. пер.

Общая теория относительности рассматривает тяготение как проявление геометрии пространства. Под геометрией мы, конечно, подразумеваем предмет, имеющий дело с измерениями длин и углов различных фигур в пространстве. Та геометрия, которую мы изучаем в школе, связана с именем греческого математика Евклида, жившего 23 столетия тому назад. Книга Евклида начинается с набора предположений (называемых постулатами или аксиомами) и затем развивает всю структуру геометрии с помощью ряда теорем, основанных на постулатах.

Долгое время математики считали, что евклидова геометрия единственна в том смысле, что не может быть другой геометрии, основанной на других аксиомах. В прошлом веке было осознано, что это утверждение ошибочно, и ряд выдающихся математиков – Лобачевский, Больяи, Гаусс и Риман – привели примеры новых геометрий, которые как логические построения были равноправны с евклидовой. Но то, какая геометрия на самом деле применима при измерениях в нашем пространстве и времени, зависит не только от чисто математических соображений. Лишь физик, произведя реальные измерения, может установить, какая геометрия осуществляется в природе – евклидова или другая.

Эйнштейн в 1915 г. впервые предложил теорию, в которой геометрия пространства – времени, содержащего сгустки вещества и энергии, была неевклидовой. Эта теория, получившая название общей теории относительности, позволила получить уравнения, количественно связывающие неевклидовые свойства геометрии с распределением вещества и энергии. Мы не будем углубляться в количественные детали, а сформулируем качественный результат, что чем сильнее концентрация вещества и энергии в данной области, тем сильнее правила геометрии в этой области отклоняются от евклидовых.

Рис. 66. Пространственно-временная диаграмма показывает, где находятся наблюдатели А и В в разные моменты времени. По горизонтали указано расстояние от центра коллапсирующего объекта, а по вертикали – промежутки времени. Заштрихованная область представляет собой сжимающуюся поверхность коллапсирующего тела, на которой находится наблюдатель В. Точки В₁ и В₂... указывают равные интервалы времени по часам В. Световые сигналы, показанные стрелками, достигают наблюдателя А в точках А₁, А₂... со все увеличивающимся разрывом во времени. Сигнал, посланный в точке В₈, никогда не дойдёт до А. Сигналы в точках В₉, В₁₀... направлены внутрь; они не могут пересечь барьера Шварцшильда. Вскоре после точки В₁₀ мир для В приходит к концу

Так как теория Эйнштейна затрагивает не только пространство, но и время, изменяется и процедура измерения времени. Так, часы вблизи массивного тела будут идти медленнее, чем вдали от него. На рис. 66 проиллюстрирован этот эффект в мысленном эксперименте, когда наблюдатель А, находящийся далеко от коллапсирующего массивного тела, получает световые сигналы от наблюдателя В, сидящего на поверхности этого тела.

Предположим, что в этом эксперименте В посылает в сторону А световые сигналы каждую секунду по своим (т. е. В) часам. Наблюдатель А будет принимать эти сигналы не с интервалом в 1 с, а с большими интервалами. Эти интервалы будут все больше и больше в процессе сжатия тела, так как с увеличением плотности вещества вблизи В геометрия вокруг него будет становиться все более неевклидовой и часы наблюдателя В будут идти все медленнее и медленнее по сравнению с часами А. Когда В достигнет барьера, определяемого радиусом R = R_S по нашей формуле (4), разрыв между последовательными сигналами, принимаемыми А, вырастет до бесконечности! Иными словами, будущее наблюдателя В после того, как он пересечёт этот барьер и провалится внутрь, никогда не станет известным наблюдателю А, даже если он будет жить вечно!

Значение этого барьера впервые стало ясно из решений уравнений Эйнштейна, полученных в 1916 г. Карлом Шварцшильдом, поэтому часто этот барьер называют шварцшильдовским барьером, а радиус этого барьера – шварцшильдовским радиусом.

Таким образом, в отношении невозможности связи с чёрной дырой общая теория относительности делает ещё более сильное утверждение, чем ньютоновский закон тяготения. Не только свет не может достичь внешнего наблюдателя, но и кажущееся замедление времени на поверхности объекта приводит к тому, что наблюдатель на самом деле никогда не доживёт до момента превращения объекта в чёрную дыру!

Чтобы завершить эту релятивистскую дискуссию, посмотрим, что случится с наблюдателем В после того, как он пересечёт шварцшильдовский барьер. Мощные теоремы, доказанные в 60-х годах в рамках общей теории относительности Роджером Пенроузом, Стивеном Хоукингом и Робертом Герохом, утверждают, что никакие известные физические силы не могут теперь остановить коллапс объекта в точку. Но в точечном состоянии плотность вещества становится бесконечной. Неевклидовость геометрии вблизи коллапсирующего тела приобретает все более странные черты, так что в конце концов вообще не поддаётся математическому описанию! Такое конечное состояние справедливо называется сингулярным, и считается, что здесь наступает конец всякого физического описания.

Естественно, что это сингулярное конечное состояние скрыто от глаз внешнего наблюдателя шварцшильдовским барьером. Но для наблюдателя В такой конец есть неизбежная реальность. Более того, по его собственным часам конец наступает довольно быстро после того, как он пересекает шварцшильдовский барьер. Сколько же длится весь коллапс в точку по часам В? Может быть, несколько удивительно, что ответ тот же самый, который был получен ранее на основе ньютоновской теории: Солнцу, если оно лишится всех видов давления, потребуется 29 мин, чтобы сжаться в точку. Иными словами, хотя наблюдатель А может находиться в блаженном неведении относительно того, что происходит внутри чёрной дыры, для наблюдателя В конец является неизбежной и жестокой реальностью. Поиск чёрных дыр

Объект, который по определению нельзя видеть, естественно, нелегко обнаружить. Как же астрономы собираются искать чёрные дыры?

Конечно, чёрную дыру нельзя увидеть с помощью любого доступного астрономам телескопа, начиная от радиотелескопов и кончая γ-детекторами. Тем не менее, можно использовать косвенные методы, связанные с теми гравитационными эффектами, которые чёрная дыра вызывает в окружающем веществе.

Идеальными в этом смысле являются двойные звёзды. На рис. 67 показана пара звёзд А и В, вращающихся друг относительно друга. В такой ситуации наблюдатель видит периодическое изменение положения А и В в пространстве. Через определённый промежуток времени звёзды А и В возвращаются в исходное положение. Такие пары звёзд встречаются довольно часто и называются двойными звёздами.

Рис. 67. Пара звёзд А и В, вращающихся вокруг их общего центра масс С, образует систему двойной звезды

Предположим теперь, что звёзды А и В достаточно близки друг к другу в там смысле, что разделяющее их расстояние не сильно превышает сумму их радиусов. Когда звёзды так близки, каждая из них стремится оторвать часть вещества с поверхности своей соседки.

Такое взаимодействие носит название приливного взаимодействия. Оно аналогично тем силам, которые порождаются Луной на Земле, вызывая приливы в океанах. Таким образом, когда звезда В оказывает приливную силу на звезду А, ближайшее к В вещество звезды А начинает перетекать в направлении к В, и наоборот.

Представим теперь ситуацию, когда А является звездой-гигантом, а В – чёрной дырой. Если предположить, что А достаточно близко к В, то вещество будет перетекать от А к В, но не наоборот. Дело в том, что из чёрной дыры невозможно извлечь вещество. В результате мы приходим к сценарию, показанному на рис. 68. Здесь вещество, отнятое у А, не падает сразу в В, а вращается вокруг неё, пока постепенно не поглотится. Так происходит потому, что звёзды А и В вращаются друг относительно друга, следовательно, любое вещество, покидающее А, стремится вращаться вокруг В, а не падать сразу на неё.

Рис. 68. В двойном рентгеновском источнике возникает рентгеновское излучение от диска аккреции вокруг компактной звезды В (чёрная точка). Диск образуется тем веществом, которое звезда В притягивает с поверхности своего спутника А. Стрелки указывают вращение двойной системы

Такой непрерывный круговорот вещества образует дискообразную структуру, которая может простираться вокруг чёрной дыры до расстояний; равных нескольким шварцшильдовским радиусам. Так как падающее на чёрную дыру вещество представляет собой очень плотный и горячий (из-за частых столкновений атомов друг с другом) газ, то этот газ начинает излучать, в основном, рентгеновское излучение. Ряд астрофизиков в 60-е годы разработали представление о таком диске аккреции, окружающем чёрную дыру в двойной системе. Благодаря недавно возникшей рентгеновской астрономии появились надежды на обнаружение чёрных дыр указанным способом.

При таком подходе возникает, однако, неопределённость. То, что было сказано до сих пор о чёрных дырах, относится и к нейтронным звёздам. Если звезда В на рис. 68 является нейтронной звездой, она также будет образовывать вокруг себя диск аккреции, испускающий рентгеновское излучение.

Таким образом, если мы и обнаружим рентгеновский источник, связанный с двойной системой, в которой одна звезда видима, то все что мы можем сказать, это то, что другая звезда является либо нейтронной звездой, либо чёрной дырой. Но как узнать, с чем мы имеем дело?

Именно здесь и следует вспомнить о пределе на массу, равном 2М_☉, для стабильных нейтронных звёзд. Если по наблюдениям движения видимой компоненты А мы можем определить массу её компаньона В и если эта масса окажется меньше 2М_☉, мы можем сделать вывод, что В является нейтронной звездой. Но если окажется, что масса В существенно больше 2М_☉, есть основания полагать, что мы имеем дело с чёрной дырой. На практике массу В нельзя определить точно, но наблюдения параметров орбиты А позволяют установить пределы возможных значений массы В.

Дополнительной проверкой может стать регистрация флуктуаций рентгеновского излучения от двойного источника. Чем быстрее флуктуации, тем меньше диск аккреции. Поскольку чёрные дыры более компактны, чем нейтронные звёзды, их диски аккреции соответственно несколько меньше. Таким образом, от чёрной дыры следует ожидать возникновения очень быстрых вариаций рентгеновского излучения.

В табл. 7 приведены данные о нескольких двойные рентгеновских источниках в Галактике. Заметим, что в большинстве случаев оценки массы звезды В лучше всего согласуются с тем, что это – нейтронная звезда. Таблица 7. Двойные рентгеновские звёзды в Галактике¹²⁹¹ Рентгеновский источник Пределы на массу

компактной компоненты

в единицах М_☉ 3U 0900—40 1,6—2,4 Cen Х-3 (Центавр Х-3) 0,7—4,4 Her Х-1 (Геркулес Х-1) 0,4—2,2 3U 1700—37 0,6-? Cyg Х-1 (Лебедь Х-1) 6—15

1291 Приведён список лишь тех источников, для которых достаточно хорошо известны пределы на массу.

Лишь в двух случаях в этой таблице мы видим некоторые указания, что В – чёрная дыра. Больше всего обсуждается источник Лебедь Х-1. Это бинарный источник с периодом 5, 6 дней. Звезда А в нём имеет массу не менее 9М_☉, а звезда В – массу по крайней мере в 6 раз больше массы Солнца. Вдобавок, очень короткий период вариаций интенсивности рентгеновского излучения (около одной тысячной доли секунды) указывает, что диск весьма компактен и поэтому, скорее всего, окружает чёрную дыру, а не нейтронную звезду.

Итак, представляется, что Лебедь Х-1 является единственным хорошим случаем наблюдения чёрной дыры. Как и всякое косвенное свидетельство, это тоже вызывает некоторые сомнения, и некоторые скептики считают, что до сих пор нет ни одного надёжного свидетельства в пользу существования чёрных дыр. Но при этом к настоящему времени не предложено ни одного приемлемого объяснения феномена Лебедь Х-1 без привлечения чёрной дыры. Поэтому те, кто поддерживает интерпретацию явления как свидетельство в пользу чёрной дыры, могут с полным основанием заявить, что так как эта точка зрения единственно приемлемая, к ней надо относиться серьёзно.

Помимо двойных систем, чёрные дыры исследовались теоретиками с различных точек зрения. Так как чёрная дыра представляет собой очень плотно сконцентрированное вещество, оно собирает на себя гравитационными силами вещество окружающей среды и может стать мощным источником энергии. Например, если сверхмассивная чёрная дыра массой в миллионы солнечных масс вращается вокруг своей оси, она будет собирать окружающее вещество в толстый диск аккреции (рис. 69), который будет мощно излучать. Многие теоретики считают, что такой источник ответствен за излучение квазаров – объектов за пределами нашей Галактики, напоминающих звёзды по внешнему виду, но являющихся неизмеримо более мощными излучателями энергии.

Рис. 69. Заштрихованные области показывают разрез толстого диска аккреции, образовавшегося вокруг вращающейся в центре чёрной дыры

Пример с квазарами иллюстрирует важность гравитации как резервуара энергии. В то время как большинство звёзд для поддержания светимости используют термоядерные реакторы в своих недрах, для квазаров это не годится. Их светимость намного больше, чем у звёзд, но сами они значительно компактнее. Их энергетические машины должны быть очень компактными, мощными и эффективными. Похоже, что этим требованиям удовлетворяют сверхмассивные чёрные дыры.

В связи с этим следует, однако, заметить, что всякая новая теоретическая идея, чтобы быть научно состоятельной, должна удовлетворять двум критериям: 1) она должна объяснить наблюдаемые факты; 2) должна существовать возможность показать, что наблюдаемые факты нельзя объяснить никаким другим известным способом.

В настоящее время кажется, что идея о существовании чёрных дыр прекрасно удовлетворяет первому критерию и в меньшей степени – второму.