10.9.3. Гравитационный захват

В релятивисткой теории тяготения гравитационный захват - явление захвата прилетающей из бесконечности частицы или другого тела, тяготеющим центром: более массивным телом, например, черной дырой.

В теории тяготения Ньютона чисто гравитационный захват одним телом другого невозможен. Частица (тело), прилетающая из бесконечности, имеет отрицательную полную энергию, движется относительно тяготеющего центра по параболе или гиперболе и снова улетает в бесконечность. Если же скорость тела меньше второй космической скорости, то оно будет двигаться по замкнутой кривой, т.е. по эллипсу.

Рис. 10.5

В случае достаточно удаленной от черной дыры траектории тела она представляет собой медленно поворачивающийся в пространстве эллипс (рис. 10.5).

Такой поворот эллиптической орбиты был обнаружен у Меркурия и составил за столетие 43 угловых секунды.

Кроме того, движение по круговой траектории по классической теории возможно на любом расстоянии от тяготеющего центра

. По теории Эйнштейна это происходит иначе. Чем ближе тело к тяготеющему центру, тем больше его скорость обращения.

На окружности, удаленной на полтора гравитационных радиуса от черной дыры, скорость обращения тела достигнет скорости света в вакууме.

Рис. 10.7

Незначительное возмущение заставит вращающееся тело уйти с орбиты: оно либо улетит в космическое пространство, либо упадет в черную дыру.

Если тело вдали от черной дыры имеет скорость много меньше световой и его орбита пролегает близко к окружности с радиусом, равным двум гравитационным, то оно облетит вокруг черной дыры несколько раз, прежде чем снова улетит в космос (рис. 10.6).

Если же траектория тела подойдет вплотную к окружности двух гравитационных радиусов, то тело окажется захваченным черной дырой (рис. 10.7).

Если траектория тела подойдет еще ближе к черной дыре, то оно неизбежно упадет в черную дыру. Тело, имеющее вторую космическую скорость или больше, навсегда улетит от черной дыры.

Чтобы тело могло вырваться из окрестности черной дыры, недостаточно иметь скорость больше второй космической скорости, нужно еще, чтобы направление вектора скорости составляло с направлением на черную дыру угол больше некоторого критического значения.

При движении тел в поле тяготения черной дыры должны излучаться гравитационные волны.

Согласно теории Эйнштейна передача гравитационного взаимодействия происходит со скоростью света (однако по современным данным гравитационное взаимодействие осуществляется со скоростью на пять порядков больше, чем скорость света).