Черные дыры в рамках общей теории относительности

Содержание: 

Введение ……………………………………………………………………………………….. 3

Глава 1.

1. Что такое черные дыры? Предыстория ………………………………………………. 5
2. Гравитационный радиус ………………………………………………………………. 7
3. Предсказание ………………………………………………………………………….. 11
4. История. Поиски. Типы черных дыр ………………………………………...............  13
5. Формирование черных дыр ………………………………………………………….. 18
6. Свойства черных дыр …………………………………………………………………  20 
7. Изучение черных дыр. Теория и практика …………………………………………..  25

Заключение …………………………………………………………………………………….  27

Список использованной литературы ………………………………………………………… 29 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

        Введение.

     Каждый  из нас, конечно, слышал о черных дырах. О них часто говорят в передачах  по телевидению, по радио, пишут в  газетах, в журналах и книгах разного  жанра — от научных монографий до художественной и даже детской  литературы. Откуда такая популярность?

     Черные  дыры – объекты, совершенно фантастические по своим свойствам. “Из всех измышлений человеческого ума,  от единорогов и химер до водородной бомбы, наверное, самое фантастическое — это образ  черный дыры, отделенной от остального пространства определенной границей, которую ничто не может пересечь; дыры, обладающей настолько сильным  гравитационным полем,  что даже свет задерживается его мертвой  хваткой; дыры, искривляющей пространство и тормозящей время. Подобно единорогам и химерам, черная дыра кажется более  уместной в фантастических романах  или в мифах древности, чем  в реальной Вселенной. Тем не менее, законы современной физики фактически требуют, чтобы черные дыры существовали. Возможно, только наша Галактика содержит миллионы их”, — так сказал о  черных дырах американский физик  К. Торн.

     Внутри  черной дыры удивительным образом меняются свойства пространства и времени, закручивающихся в своеобразную воронку, а в глубине находится граница, за которой время и пространство распадаются на кванты. Там, за краем этой своеобразной гравитационной бездны, откуда нет выхода, текут удивительные физические процессы, проявляются новые законы природы.  Черные дыры являются самыми грандиозными источниками энергии во Вселенной. Мы, вероятно, наблюдаем их в далеких квазарах, во взрывающихся ядрах галактик. Они возникают также после смерти больших звезд. Возможно, черные дыры в будущем станут источниками энергии для человечества.

      Все загадочное и непонятное всегда привлекает внимание людей. Начиная эту работу, я хотела просто узнать немного больше об интересующей меня теме. В итоге  же я получила не только новое отношение к физике как к науке, но и новое, чуть более философское отношение к окружающему миру в целом. Ведь черные дыры – объекты, суть которых постичь обычный человеческий разум не в состоянии. Тем не менее, взявшись за такую работу, я ни разу не пожалела. Большая часть того, что я выяснила об этих поразительных порождениях Вселенной, изложена ниже.

      Думаю, актуальность темы не вызывает сомнений. Из года в год ученые находят лишь подтверждения для ОТО, и все, что связано с этой теорией, будет своевременно и актуально на протяжении еще многих и многих лет.

  Глава 1.

1. Что такое черные дыры?

     Черные  дыры – “космические объекты, существование которых предсказывает общая теория относительности; образуются при неограниченном гравитационном сжатии (коллапсе) массивных космических тел”.¹

     Черная  дыра является порождением тяготения. Поэтому предысторию открытия черных дыр можно начать со времен И. Ньютона, открывшего закон всемирного тяготения  — закон, управляющий силой, действию которой подвержено абсолютно все. Ни во времена И. Ньютона, ни сегодня, спустя века, не обнаружена иная столь  же универсальная сила. Все другие виды физического взаимодействия связаны  с конкретными свойствами материи. Например, электрическое поле действует  только на заряженные тела, а тела нейтральные  совершенно к нему безразличны. И  только тяготение абсолютно царствует  в природе. Поле тяготения действует  на все: на легкие частицы и тяжелые (причем при одинаковых начальных  условиях совершенно одинаково), даже на свет. То, что свет притягивается  массивными телами, предполагал еще  сам  Ньютон. С этого факта, с  понимания того, что свет также  подчинен силам тяготения, и начинается предыстория черных дыр, история  предсказаний их поразительных свойств.

     Имя П. Лапласа хорошо известно в истории  науки. Прежде всего он является автором огромного пятитомного труда “Трактат о небесной механике”. Однако до последнего времени практически ничего не было известно о том, что он предсказывал возможность существования невидимых звезд: “Светящаяся звезда с плотностью, равной плотности Земли и диаметром, в 250 раз больше диаметра Солнца, не дает ни одному световому лучу достичь нас из-за своего тяготения; поэтому возможно, что самые яркие небесные тела во Вселенной оказываются по этой причине невидимыми” (“Изложение систем мира”, 1795). Однако предвидение Лапласа не было еще настоящим предсказанием черной дыры, поскольку в его время не было известно, что быстрее света в природе ничто не может двигаться. Обогнать свет в пустоте нельзя! Это было установлено А. Эйнштейном в специальной теории относительности уже в нашем веке. Поэтому для П. Лапласа рассматриваемая им звезда была только черной (несветящейся), и он не мог знать, что такая звезда теряет способность вообще как-либо “общаться” с внешним миром, что-либо “сообщать” далеким мирам о происходящих на ней событиях. Иными словами, он еще не знал, что это не только “черная”, но и “дыра”, в которую можно упасть, но невозможно выбраться. Теперь мы знаем, что если из какой-то области пространства не может выйти свет, то, значит, и вообще ничто не может выйти, и такой объект мы называем черной дырой.

     Другая  причина, по которой рассуждения  П. Лапласа нельзя считать строгими, состоит в том, что он рассматривал гравитационные поля огромной силы, в  которых падающие тела разгоняются  до скорости света, а сам выходящий  свет может быть задержан, и применял при этом закон тяготения Ньютона. Эйнштейн показал, что для таких  полей теория тяготения Ньютона  неприменима, и создал новую теорию, справедливую для сверхсильных, а  также для быстроменяющихся полей (для которых ньютоновская теория также неприменима), назвав ее общей теорией относительности. Именно выводами этой теории надо пользоваться для доказательства возможности существования черных дыр и для изучения их свойств.

     Общая теория относительности — это  изумительная теория. Она настолько  глубока и стройна, что вызывает чувство эстетического наслаждения  у всякого, кто знакомится с ней. Советские физики Л. Ландау и Е. Лифшиц в своем учебнике “Теория поля”  назвали ее “самой красивой из всех существующих физических теорий”. Немецкий физик Макс Борн сказал об открытии теории относительности: “Я восхищаюсь им как творением искусства”. А  советский физик В. Гинзбург писал, что она вызывает “...чувство... родственное  тому, которое испытывают, глядя  на самые выдающиеся шедевры живописи, скульптуры или архитектуры”. Многочисленные попытки популярного изложения теории Эйнштейна, конечно, могут дать общее впечатление о ней. Но, честно говоря, оно столь же мало похоже на восторг от познания самой теории, как знакомство с репродукцией “Сикстинской мадонны” отличается от переживания, возникающего при рассмотрении подлинника, созданного гением Рафаэля. И тем не менее, когда нет возможности любования подлинником, можно и нужно знакомиться с доступными репродукциями, лучше хорошими.

     Для понимания невероятных свойств  черных дыр нам необходимо сказать  кратко о некоторых следствиях общей  теории относительности Эйнштейна. Речь о них пойдет в следующей главе. 
 

2. Гравитационный  радиус

     Чем же отличается теория тяготения Эйнштейна  от теории Ньютона?

       Предположим, что мы находимся  на поверхности сферической невращающейся планеты и измеряем силу притяжения этой планетой какого-либо тела с помощью пружинных весов. Мы знаем, что по закону Ньютона эта сила пропорциональна произведению массы планеты на массу тела и обратно пропорциональна квадрату радиуса планеты.

     А что говорит о силе притяжения теория Эйнштейна? Согласно ей сила будет  чуть больше, чем вычисленная по формуле Ньютона.

     Представим  себе теперь, что мы можем постепенно уменьшать радиус планеты, сжимая ее и сохраняя при этом ее полную массу. Сила тяготения будет нарастать (ведь радиус уменьшается). По Ньютону  при сжатии вдвое сила возрастает вчетверо. По Эйнштейну возрастание  силы опять же будет происходить  чуть быстрее. Чем меньше радиус планеты, тем больше это отличие. Если мы сожмем планету настолько, что поле тяготения  станет сверхсильным, то различие между  величиной силы, рассчитываемой по теории Ньютона, и истинным ее значением, даваемым теорией Эйнштейна, нарастает  чрезвычайно. У Ньютона сила тяготения  стремится к бесконечности, когда  мы сжимаем тело в точку (радиус близок к нулю). У Эйнштейна вывод совсем другой: сила стремится к бесконечности, когда радиус тела становится равным так называемому гравитационному  радиусу. Этот гравитационный радиус определяется массой небесного тела. Он тем меньше, чем меньше масса. Но даже для гигантских масс он очень мал. Так, для Земли  он равен всего одному сантиметру, а для Солнца – 3 километрам. Размеры  небесных тел обычно намного больше их гравитационных радиусов. Например, средний радиус Земли составляет 6400 километров, радиус Солнца 700 тысяч  километров. Если же истинные радиусы  тел намного больше их гравитационных, то отличие сил, рассчитанных по теории Эйнштейна и теории Ньютона, крайне мало. Так, на поверхности Земли это  отличие составляет одну миллиардную  часть от величины самой силы.

     Только  когда радиус тела при его сжатии приближается к гравитационному  радиусу, в столь сильном поле тяготения различия нарастают заметно, и, как уже говорилось, при радиусе  тела, равном гравитационному, истинное значение силы поля тяготения становится бесконечным.

     Однако  прежде, чем рассуждать о следствиях, к которым это ведет, познакомимся с некоторыми другими выводами теории Эйнштейна.

     Суть  теории заключается в том, что  она неразрывно связала геометрические свойства пространства и течение  времени с силами гравитации. Эти  связи сложны и многообразны. Согласно теории Эйнштейна время в сильном  поле тяготения течет медленней, чем время, измеряемое вдали от тяготеющих масс, где гравитация слаба. Конечно, мы все слышали о том, что время  может течь по-разному. Однако к этому  факту трудно привыкнуть. Как может  время течь по-разному?  Согласно нашим интуитивным представлениям время — это длительность, то общее, что присуще всем процессам. Оно подобно реке, текущей неизменно. Отдельные процессы могут течь и  быстрее и медленнее, мы можем  на них влиять, помещая в разные условия. Например, можно нагреванием  ускорить течение химической реакции  или замораживанием замедлить жизнедеятельность  организма, но движение электронов в  атомах при этом будет протекать  в прежнем темпе. Все процессы, как нам представляется, погружены  в реку абсолютного времени, на течение  которой, казалось бы, ничто влиять не может. Можно, по нашим представлениям, убрать из этой реки вообще все процессы, и все равно время будет  течь как пустая длительность.

     Так считалось в науке и во времена  Аристотеля, и во времена И. Ньютона, и позже — вплоть до А. Эйнштейна. Он доказал, что никакого абсолютного  времени нет. Течение времени  зависит от движения и, что сейчас для нас особенно важно, от поля тяготения. В сильном поле тяготения все  процессы, абсолютно все, будучи самой  разной природы, замедляются для  стороннего наблюдателя. Это и значит, что время — то есть то общее, что присуще всем процессам, —  замедляется. Замедление это обычно невелико. Так, на поверхности Земли  время протекает медленнее, чем  в далеком космосе, всего на ту же одну миллиардную часть, как и  в случае с вычислением силы тяготения.

     Второй  важный вывод теории Эйнштейна состоит  в том, что в сильном поле тяготения  меняются геометрические свойства пространства. Эвклидова геометрия, столь нам  привычная, оказывается уже несправедливой. Это означает, например, что сумма  углов в треугольнике не равна  двум прямым углам, а длина окружности не равна расстоянию ее от центра, умноженному  на 2π. Свойства обычных геометрических фигур становятся такими же, как  будто они начерчены не на плоскости, а на искривленной поверхности. Поэтому  и говорят, что пространство “искривляется” в гравитационном поле. Разумеется, это искривление заметно только в сильном поле тяготения, если размер тела приближается к его гравитационному радиусу.

     Конечно, представление об искривлении самого пространства так же трудно совместимо с нашими укоренившимися интуитивными представлениями, как и представление  о разном течении времени.

     Еще первооткрыватель неэвклидовой, “искривленной” геометрии Н. Лобачевский высказывал мысль о том, что в некоторых  физических ситуациях может проявляться  его — Н. Лобачевского — геометрия, а не геометрия Эвклида. А. Эйнштейн своими расчетами показал, что пространство действительно “искривляется” в  сильном поле тяготения.

     Помимо  этого, А. Эйнштейн показал, что свойства пространства и времени не только могут меняться, но что пространство и время объединяются вместе в единое целое — четырехмерное “пространство-время”, и искривляется именно это единое многообразие. Однако наглядные представления такой четырехмерной геометрии слишком сложны для восприятия, потому здесь останавливаться на них не будем, а вернемся к полю тяготения вокруг сферической массы.

     Так как геометрия в сильном поле тяготения неэвклидова, искривленная, то надо уточнить, что такое радиус окружности, например, экватора планеты. В обычной геометрии радиус можно  определить двояко: во-первых, это расстояние точек окружности от центра, во-вторых, это длина окружности, деленная на 2π. Но в неэвклидовой геометрии эти  две величины не совпадают из-за “кривизны” пространства.

     Использование именно второго метода определения  радиуса тяготеющего тела (а не самого расстояния от центра до окружности) имеет ряд преимуществ. Для измерения  такого радиуса не надо приближаться к центру тяготеющих масс. Последнее  весьма важно, например, для измерения  радиуса Земли было бы весьма сложно проникнуть в ее центр, но не очень  сложно измерить длину экватора. Однако для Земли и нет никакой  необходимости непосредственно  измерять расстояние до центра, ибо  ее поле тяготения невелико, и для  нас с большей точностью справедлива  геометрия Эвклида, а длина экватора, деленная на 2π, равна расстоянию до центра. Зато в сверхплотных звездах  с сильным полем тяготения  это не так. Разница в “радиусах”, определенных разными способами, может  быть весьма заметной. Более того, в  ряде случаев достигнуть центра тяготения принципиально невозможно. Поэтому мы всегда будем понимать под радиусом окружности ее длину, деленную на 2π.

     Рассматриваемое нами поле тяготения вокруг сферического невращающегося тела получило название поля Шварцшильда, по имени ученого, который сразу же после создания Эйнштейном теории относительности решил ее уравнения для данного случая. К. Шварцшильд получил решение уравнений Эйнштейна для поля тяготения сферического тела в декабре 1915 года, через месяц после завершения А. Эйнштейном публикации своей теории. Как уже говорилось, эта теория очень сложна из-за совершенно новых, революционных понятий, но ее уравнения сложны и с чисто технической точки. Если формула закона тяготения И. Ньютона знаменита своей классической простотой и краткостью, то в случае новой теории для определения поля тяготения надо решить систему десяти уравнений, каждое из которых содержит сотни слагаемых, и это не просто алгебраические уравнения, а дифференциальные уравнения в частных производных второго порядка.

      Шварцшильд  с помощью изящного математического  анализа решил задачу для сферического тела и переслал ее А. Эйнштейну для  передачи Берлинской академии. Решение  поразило А. Эйнштейна, так как сам  он к тому времени получил лишь приближенное решение, справедливое только в слабом поле тяготения. Решение  же К. Шварцшильда было точным, то есть справедливым и для сколь угодно сильного поля тяготения вокруг сферической  массы; в этом было его огромное значение. Но ни А. Эйнштейн, ни сам К. Шварцшильд тогда еще не знали, что в этом решении содержится нечто гораздо  большее, а именно, как выяснилось позже, описание черной дыры.  
 
 
 
 
 
 
 

3. Предсказание

     Итак, согласно теории Эйнштейна, как только радиус небесного тела становится равным его гравитационному радиусу, свет не сможет уйти с поверхности этого  тела к далекому наблюдателю, то есть оно станет невидимым. Но это чрезвычайно  необычное свойство – далеко не единственное их тех “чудес”, что  могут произойти с телом, размеры  которого сравнялись с его гравитационным радиусом.

     Согласно  сказанному выше, сила тяготения на поверхности звезды с радиусом, равным гравитационному, должна стать бесконечно большой, так же как и бесконечно большим должно быть ускорение свободного падения. К чему же это может привести?

     Для начала вспомним, почему обычные звезды и планеты не сжимаются к центру под действием тяготения, а представляют собой равновесные тела.

     Сжатию  к центру препятствуют силы внутреннего  давления вещества. В звездах это давление газа с очень высокой температурой, стремящееся расширить звезду. В планетах типа Земли это силы натяжения, упругости, давления, также препятствующие сжатию. Равенство сил тяготения и указанных противоборствующих сил как раз и обеспечивает равновесие небесного тела.

     Эти противоборствующие тяготению силы зависят от состояния вещества: от его давления и температуры. При  его сжатии они увеличиваются. Однако если сжать вещество до какой-то конечной (но не бесконечно большой) плотности, то они останутся также конечными. Иначе обстоит дело с силой  тяготения. С приближением размера  небесного тела к гравитационному  радиусу тяготение стремится, как  мы знаем, к бесконечности. Теперь оно  не может быть уравновешено противоборствующей конечной силой давления, и тело должно неудержимо сжиматься к центру под его действием.

     Итак, важнейший вывод теории Эйнштейна  гласит: сферическое тело, радиус которого равен гравитационному  радиусу  или меньше него, не может находиться в покое, а должно сжиматься к  центру. Но возникает вопрос – а  если сила тяготения на гравитационном радиусе  бесконечна, то какова она  станет, как только тело уменьшится до размеров меньше гравитационного  радиуса?

     До  сих пор речь шла о силе тяготения  на поверхности статического, не сжимающегося в данное время тела. Но она зависит  от состояния движения. Как уже  говорилось выше, при свободном падении  наступает состояние невесомости  — свободно падающее тело вообще не испытывает действия гравитационной силы. Поэтому на поверхности свободно сжимающегося тела не ощущается никакой силы тяготения (и вне сферы Шварцшильда, и внутри ее). Увлекаемое тяготением вещество не может остановиться на сфере Шварцшильда (оно испытало бы тогда бесконечную силу тяготения). Тем более не может оно остановиться внутри сферы Шварцшильда. Любая частица, например ракета, со сколь угодно сильным двигателем, оказавшись от тяготеющего центра на расстоянии меньше гравитационного радиуса, должна неудержимо падать к этому центру.

     Отсюда  следует вывод – бесконечное  нарастание гравитационной силы с приближением тела к сфере Шварцшильда (сферы  с радиусом, равному гравитационному)  ведет к его катастрофическому, неудержимому сжатию – релятивистскому  коллапсу. Таким образом, достаточно сжать тело до размеров гравитационного  радиуса, а дальше оно само будет  неудержимо сжиматься. Так возникает  объект, который впоследствии получил  название черной дыры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. История и поиски. Типы черных дыр.

     Разрешив  вопрос о сжатии звезд, мы вплотную подошли к самому главному – вопросу  существования черных дыр. Мы выяснили, что теоретически они могут существовать. Но как найти их практически? Ведь заниматься приходится неблагодарным  делом – искать черную кошку в  темной комнате, и неизвестно, есть ли она там!

     Поиск таинственных объектов начинался с  рентгеновских источников излучения, то есть тех, которые излучают всем известные лучи Рентгена (X-rays), широко использующиеся в медицине для съемки костей и внутренних органов человека. У рентгеновских источников есть замечательное свойство: они излучают только при нагревании окружающего газа до сверхвысоких температур. Но чтобы нагреть газ до такой температуры, нужно, чтобы поле тяготения было очень сильным. Такими полями обладают сжавшиеся звезды – белые карлики, нейтронные звезды и черные дыры. Но если белые карлики можно наблюдать непосредственно, то как вычислить черную дыру?

     Выяснилось, что если сжавшаяся звезда имеет  массу, в два раза превышающую  массу Солнца, то она – самый  вероятный кандидат в черные дыры. Измерить же массу небесного тела легче всего, если оно существует в паре с другим, иначе говоря, в двойной системе по его орбитальному движению. Поиск подобных двойных систем, которые к тому же излучают в рентгене, увенчался успехом. Такая система была найдена в созвездии Лебедя, где по крайней мере один компонент обладает массой, превышающей критическую, то есть массу двух Солнц.

     Созвездие Лебедя лучше всего наблюдать  летом и осенью, когда оно расположено  прямо над головой. Объект был  назван “Лебедь Х-1”. Он и является первым объектом – кандидатом в  черные дыры. “Лебедь Х-1” расположен на расстоянии 6000 световых лет от Земли  и состоит из двух тел: нормальной звезды-гиганта массой около 20 солнц  и невидимого объекта массой 10 солнц, излучающего в рентгеновском  диапазоне.

     Появляется  новый вопрос – если мы уже выяснили, что ничто не может покинуть черную дыру, что же тогда она может  излучать? Дело в том, что излучает не сама черная дыра, а лишь вещество, падающее на нее. Именно по излучению  падающего вещества мы можем оценивать  присутствие черной дыры. Обладая  мощным тяготением, черная дыра забирает у своего компаньона часть вещества, как бы высасывает материю, которая  по спирали устремляется к черной дыре. Чем ближе вытягиваемое вещество к черной дыре, тем сильнее оно разогревается и, наконец, начинает излучать в рентгеновском диапазоне, что и фиксируют земные приемники излучения. При достижении окрестностей гравитационного радиуса газ разогревается до 10 миллионов градусов, а рентгеновская светимость этого газа в тысячи раз превосходит светимость Солнца во всех диапазонах. Вспышки излучения видны не менее, чем в 200 километрах от центра черной дыры, а ее действительные размеры составляют около 30 километров. 

     До  сих пор, однако, речь шла о черных дырах звездной массы. В настоящее же время астрономам удалось обнаружить сверхмассивные черные дыры, масса которых может составлять миллиард солнц.

     Сверхмассивные  черные дыры по своим свойствам не отличаются от меньших собратьев. Они  лишь гораздо массивнее и, как  правило, находятся в центрах  галактик – звездных островов Вселенной. В центре нашей Галактики (Млечный  Путь) тоже имеется сверхмассивная черная дыра. Колоссальные массы таких  черных дыр позволяют вести их поиск не только во Млечном Пути, но и в центрах далеких галактик, находящихся на расстоянии миллионов и миллиардов световых лет от Земли и Солнца. Европейские и американские ученые провели глобальный поиск сверхмассивных черных дыр, которые, согласно современным теоретическим выкладкам, должны находиться в центре каждой галактики. Современные технологии позволяют выявить наличие этих коллапсаров в соседних галактиках, но обнаружить их удалось совсем немного. Значит, либо черные дыры просто скрываются в плотных газопылевых облаках в центральной части галактик, либо они находятся в более отдаленных уголках Вселенной.

     Обычно  в астрономии говорят о трех типах  черных дыр. Первый — черные дыры звездных масс (примерно 10 масс Солнца). Они образуются из массивных звезд, когда в тех  заканчивается термоядерное горючее. Второй — сверхмассивные черные дыры в центрах галактик (массы от миллиона до миллиардов солнечных). И наконец, первичные черные дыры, образовавшиеся в начале жизни Вселенной, массы  которых невелики (порядка массы  крупного астероида). Таким образом, большой диапазон возможных масс черных дыр остается незаполненным.

     Но  где эти дыры?

     Заполняя  пространство рентгеновскими лучами, они, тем не менее, не желают показывать свое истинное «лицо». Но чтобы построить  четкую теорию связи фонового рентгеновского излучения с черными дырами, необходимо знать их количество. На данный момент космическим телескопам удалось обнаружить лишь небольшое количество сверхмассивных черных дыр, существование которых можно считать доказанным. Косвенные признаки позволяют довести количество наблюдаемых черных дыр, ответственных за фоновое излучение, до 15%. Приходится предполагать, что остальные сверхмассивные черные дыры просто прячутся за толстым слоем пылевых облаков, которые пропускают только рентгеновские лучи высокой энергии или же находятся слишком далеко для обнаружения современными средствами наблюдений.

     Поиск скрытых черных дыр — одна из главных задач современной рентгеновской астрономии. Последние прорывы в этой области, связанные с исследованиями при помощи телескопов «Чандра» и «Росси», тем не менее, охватывают лишь низкоэнергетический диапазон рентгеновского излучения — приблизительно 2000–20000 электрон-вольт (для сравнения, энергия оптического излучения — около 2 электрон-вольт). Существенные поправки в эти исследования может внести европейский космический телескоп «Интеграл», который способен проникнуть в еще недостаточно изученную область рентгеновского излучения с энергией 20000–300000 электрон-вольт. И хотя рентгеновский фон неба имеет низкую энергетику, на нем проявляются множественные пики (точки) излучения с энергией около 30 000 электрон-вольт. Ученые еще только приоткрывают завесу тайны того, что порождает эти пики, а «Интеграл» — первый достаточно чувствительный телескоп, способный найти подобные источники рентгеновских лучей. По предположению астрономов, лучи высокой энергии порождают так называемые комптон-объекты, то есть сверхмассивные черные дыры, окутанные пылевой оболочкой. Именно комптон-объекты ответственны за пики рентгеновского излучения в 30000 электрон-вольт на поле фонового излучения.

     Но, продолжая исследования, ученые пришли к выводу, что комптон-объекты  составляют лишь 10% от того числа черных дыр, которые должны создавать пики высоких энергий. Это — серьезное  препятствие для дальнейшего  развития теории. Значит, недостающие  рентгеновские лучи поставляют не комптон-объекты, а обычные сверхмассивные черные дыры. Тогда как быть с пылевыми завесами для рентгеновских лучей  низкой энергии? Ответ, похоже, кроется  в том, что многие черные дыры имели  достаточно времени, чтобы поглотить  весь газ и пыль, которые окутывали  их, но до этого имели возможность  заявить о себе рентгеновским  излучением высокой энергии. После  поглощения всего вещества такие  черные дыры уже оказались неспособными генерировать рентгеновское излучение  на горизонте событий. Становится понятно, почему эти черные дыры нельзя обнаружить, и появляется возможность отнести недостающие источники фонового излучения на их счет, так как хотя черная дыра уже не излучает, ранее созданное ей излучение продолжает путешествие по Вселенной.