Блюз черных дыр и другие мелодии космоса - Жанна Левин

Год спустя пульсар был обнаружен в центре Крабовидной туманности, представляющей собой светящийся газ, выброшенный во время взрыва сверхновой. (Крабовидная туманность видна с Земли и, судя по историческим хроникам, впервые была описана как астрономическое явление в 1054 году нашей эры.) Отсюда следовало, что нейтронные звезды возникают в результате коллапса ядра, оставшегося после взрыва гаснущей звезды. Сейчас мы уже знаем, что в нашей Галактике существуют несколько сотен миллионов нейтронных звезд и что сотни тысяч из них являются пульсарами.

Хьюишу не требовалось объяснять, почему он стал Нобелевским лауреатом. Как научный руководитель он дал своему студенту задание – даже если задание это заключалось в поиске квазаров. Сложнее понять, почему среди получателей премии не оказалось Джоселин Белл Бёрнелл. Я спросила, не считает ли Сьюзен, что ее бывший научный руководитель мог бы для нее расстараться, а она спокойно ответила: “Когда вы получаете премию, не ваша забота объяснять, почему ее присудили именно вам”. И добавила, что ее слава тоже не обошла стороной. В качестве справедливой компенсации она продолжает получать, кажется, все прочие существующие в мире премии, медали, почести и награды. Дама (Сьюзен) Джоселин Белл Бёрнелл: Дама-Командор Ордена Британской империи, член Королевского общества, президент Королевского общества Эдинбурга, член Королевского астрономического общества, обладательница множества почетных медалей, десятков званий почетного доктора и т. д., и т. д., и т. д.

Открытие пульсаров оказалось важным также и для теоретической астрофизики. Радиомаяк нейтронной звезды был обнаружен в нашем собственном Млечном Пути, всего в нескольких сотнях световых лет от нас. Это событие подвело итог полувековым дебатам о конечном состоянии гравитационного коллапса звезд – тем самым дебатам, начало которым положил Уилер. Пульсары стали первым доказательством существования нейтронных звезд. Если нейтронные звезды могут образовываться в результате гравитационного коллапса гаснущих звезд, то точно так же могли образовываться и черные дыры. Эйнштейн не признавал существования черных дыр. Для него эти объекты существовали только в качестве любопытного математического решения, имеющего ограниченное применение. Материя должна была противостоять такому катастрофическому сжатию. Однако разработчики ядерного оружия пришли к иному выводу. Достаточно массивное ядро потухшей звезды будет испытывать беспрепятственное сжатие, минуя состояние нейтронной звезды, и будет продолжать сжиматься до тех пор, пока на его месте не образуется черная дыра. Но до 1967 года не было ни одного надежного наблюдения, которое могло бы окончательно разрешить эту теоретическую неопределенность. И вот Джоселин Белл Бёрнелл нашла доказательства существования нейтронной звезды. Это открытие, и само по себе крайне важное, имело важнейшие последствия: оно значило, что черные дыры реальны. (Один знаменитый астрофизик, встретив как-то Джоселин на научной конференции, сказал ей: “Мисс Белл, вы совершили величайшее астрономическое открытие двадцатого века”.)

Но хотя обнаружение пульсаров и сделало черные дыры более “достоверными”, наблюдатели еще несколько десятилетий терпеливо накапливали данные, прежде чем большинство астрофизиков признало их существование. Реальная черная дыра расположена в созвездии Лебедя – в этой случайной, как и все прочие созвездия, конфигурации звезд. Некоторые звезды, определяющие контуры Лебедя, находятся от нас на тысячи световых лет дальше, чем другие звезды того же созвездия. Звезды коварным образом выстраиваются так, что получается некий рисунок, который якобы проецируется на поверхность (воображаемой) небесной сферы. Такие светящиеся точки, удачно оказавшиеся рядом друг с другом, Птолемей соединил в узор, напоминающий очертания лебедя, откуда и произошло название созвездия.

Черные дыры получают или свое собственное имя, или производное от названия созвездия. Эту черную дыру мы называем Лебедь Х-1. Поскольку астрономические названия преследуют информативные цели, это эффектное наименование отражает направление обнаружения черной дыры и природу ее открытия. Черная дыра находится в двойной звездной системе, и это значит, что мертвая звезда не одинока. У нее имеется спутник – живая голубая звезда. Двойная система является интенсивным источником Х-лучей – электромагнитного излучения чрезвычайно высокой энергии, достаточно высокой для того, чтобы пройти сквозь мягкие ткани вашего тела, но не настолько высокой, чтобы пройти сквозь ваши кости. Вы могли бы получить свой рентгеновский снимок, используя излучение источника Лебедь Х-1.

Обнаруженная в 1964 году черная дыра в созвездии Лебедя была, вероятно, первой из когда-либо обнаруженных черных дыр. Но бурные споры о гравитационном коллапсе, приводящем к их образованию, продолжались до середины 1970-х годов и утихли лишь в 1990-е. Большая голубая звезда – сверхгигант – вращается на очень близкой к черной дыре орбите. При этом черная дыра обладает массой, примерно в пятнадцать раз превосходящей массу нашего солнца. Газ атмосферы голубого сверхгиганта втягивается черной дырой, и в виде тонкого диска он будет вращаться вокруг черной дыры до тех пор, пока не исчезнет под горизонтом событий. Черная дыра постепенно поглощает своего компаньона. В процессе падения на черную дыру газ разогревается до миллионов градусов и начинает ярко светиться. В результате вся область вокруг черной дыры превращается в мощный источник рентгеновских лучей.

В действительности двойная звездная система находится на расстоянии шести тысяч световых лет от Солнечной системы, и ее физическое положение никак не связано с фактическим расположением других звезд в созвездии. Как уже говорилось, их всех объединяет только направление. Черная дыра и голубой сверхгигант делают полный оборот друг вокруг друга с периодом, равным примерно пяти суткам. Это астрономическое шоу идет без перерыва.

Некоторые чрезмерно осторожные астрономы до сих пор рассматривают компактный объект Лебедь Х-i как “предположительно черную дыру”, то есть – не исключают, что он и впрямь является таковой. Да, мы не видим черную дыру. Мы имеем дело с неким объектом, окутанным вязкой разлившейся горячей материей, выкачиваемой с поверхности голубого сверхгиганта, но данный компактный объект настолько мал (около 88 км в поперечнике) и настолько тяжел (по крайней мере в пятнадцать раз превышает массу Солнца), что он должен быть черной дырой. Таких чрезмерно осторожных астрономов немного, однако причина их сомнений ясна. Мы никогда еще непосредственно не наблюдали ни единой черной дыры.

Когда внегалактическое происхождение тех квазизвездных радиообъектов, которые планировали исследовать Хьюиш и Белл Бёрнелл, стало очевидным, их назвали квазарами. Они представляют собой яркие и маленькие, наподобие звезд, астрофизические объекты, равномерно распределенные вне плоскости галактики – и это означает, что в действительности квазары находятся далеко за пределами Млечного Пути. Их отделяет от нас порядка миллиарда – а то и больше – световых лет, что указывает на их почтенный возраст (чтобы добраться до нас, их свет путешествует миллиарды лет) и уникальность (это означает, что Вселенная теперь уже не производит квазары в прежнем количестве).

Квазары представляют собой ядра древних галактик, и ядра эти светятся настолько ярко, что мы можем наблюдать их даже на огромнейших расстояниях. Сверхмассивная черная дыра (предположительно), в миллионы или миллиарды раз превышающая массу Солнца, втягивает в себя галактический мусор – целые звезды, газ, пыль, планеты с их обитателями, – и все это в виде горячей массы, кувыркаясь, несется куда-то в небытие. Скрутив эту массу в светящуюся струю, черная дыра выстреливает ею в космическое пространство на расстояние в миллионы световых лет; именно этот сигнал мы впервые зарегистрировали с Земли в 1960-ых и долго еще не могли взять в толк, что же это, черт побери, такое было.