Как обнаружить чёрную дыру?
Непосредственно - никак. На то она и чёрная. А вот по косвенным признакам - запросто.
Чёрные дыры не в пустом пространстве находятся. Хотя если нам космос представляется абсолютной пустотой, это не так, в нём них всегда есть какая-то материя. В частности, есть она и вокруг чёрных дыр. А раз там есть материя, то она начинает падать в чёрную дыру. Это не особенность именно чёрных дыр, материя притягивается к любому массивному объекту, даже и к обычной звезде. Но вот для объектов с сильным гравитационным полем, таких, как нейтронные звёзды или чёрные дыры, падение на них вещества сопровождается сильным его разогревом. Представьте себе - из-за трения.
Материя, окружающая чёрную дыру или нейтронную звезду, - это обычно диффузный газ. Сродни тому, из которого образуются звёзды. То есть этакое облако, которое немного вращается само по себе (любое облако газа вращается, чисто по теории вероятностей). Раз так, то у этого вещества есть какой-то момент инерции. А момент инерции тела всегда норовит сохраниться. При падении газа на массивный объект из-за сохранения момент инерции его вращение всё ускоряется и ускоряется, потому что всё время уменьшается радиус вращения - расстояние до чёрной дыры. То есть слои газа, находящиеся на разном расстоянии от центра притяжения вращаются с разной угловой скоростью - это и создаёт трение между ними. Причём настолько сильное, что этот газ (из-за вращения собирающийся в диск, называемый диском аккреции) разогревается до температур ы миллионы градусов и поэтому излучает в рентгеновском диапазоне. Так что объект в виде газового диска с интенсивным рентгеновским излучением - чёткий признак либо чёрной дыры, либо нейтронной звезды. Но нейтронная звезда - это ещё и мощнейший источник характерного пульсирующего радиоизлучения (пульсар). Так что если у нас есть диск аккреции, но нет пульсара, то у нас стопудово чёрная дыра.
Ещё один метод обнаружения чёрной дыры - по гравитационному линзированию. Свет в космосе движется не по прямым линиям, потому что в космосе попросту нет прямых линий. Космическое пространство кривое (в том смысле, что его геометрия - неевклидова). Оно искривляется гравитацией. Поэтому лучи свет от отдалённого источника, проходящие мимо массивного объекта (не обязательно чёрной дыры, а любого массивного объекта) искривляются им - он действует как собирающая линза. И тут опять же может быть чёрная дыра, может быть галактика. И опять по вторичным признакам можно отделить одно от другого. Галактики светятся и сами, а вот изолированные чёрные дыры - нет.
Наконец, довольно часто чёрные дыры входят в кратные системы. Ну типа как была двойная звезда, один из компаньонов превратился в чёрную дуры, а второй ещё нет. И поведение таких систем тоже имеет ряд характерных особенностей, по которым можно чётко сказать, что рядом вот с этой звездой существует гравитационно связанная с ней чёрная дыра.
