Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты - Жак Поль

галактики находится сверхмассивная черная дыра. Млечный Путь не исключение: в его ядре тоже устроил себе логово космический монстр, хоть и сравнительно небольшой – массой в четыре с лишним миллиона Солнц. Притягивая к себе окружающее межзвездное вещество, такая черная дыра способна образовать вокруг себя аккреционный диск, излучающий в миллиарды раз больше энергии, чем наше Солнце.

В черную дыру в центре Млечного Пути должно поступать довольно много вещества – около одной сотой части солнечной массы в год. Этого было бы вполне достаточно для яркого свечения аккреционного диска. Беда в том, что черная дыра в центре нашей Галактики окружена массивными звездами, многие из которых испускают мощный звездный ветер – он не позволяет межзвездному газу добраться до черной дыры. Поэтому то небольшое количество вещества, которое все же попадает в ее окрестности, излучает довольно слабо.

Прежде чем достичь Земли, это излучение должно пройти почти двадцать семь тысяч световых лет в межзвездном пространстве, которое поглощает большую его часть. Астрофизики смогли получить прямое свидетельство существования черной дыры в сердце Млечного Пути только в радиодиапазоне: они зарегистрировали компактный источник радиоизлучения Sagittarius A* (сокращенно – Sgr A*) в созвездии Стрельца. Звездочка в названии источника указывает на то, что он излучает только время от времени. Положение Sgr A* на карте звездного неба совпадает с динамическим центром Галактики – точкой, вокруг которой вращаются все звезды Млечного пути. Наблюдения на миллиметровых радиоволнах показывают, что видимый угловой диаметр Sgr A* равен одной стомиллионной секунды дуги, что на таком расстоянии соответствует протяженности не менее ста пятидесяти миллионов километров!

Совсем недавно, сравнивая снимки, сделанные инфракрасной камерой нового поколения с интервалом в несколько лет, международная группа исследователей нашла в окрестности Sgr A* звезды, которые с огромной скоростью вращаются вокруг некоторой точки в пространстве. Это прямое доказательство того, что источник радиоволн совпадает с объектом огромной массы и очень небольшой протяженности, который может быть только сверхмассивной черной дырой. Осталось только зафиксировать изображение ее тени, как предлагают участники проекта EHT, – «Телескопа горизонта событий». Они уже сделали это для сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Образование диска Млечного Пути (8,8 миллиарда лет назад)

Радиус Шварцшильда (1916)

Первое изображение черной дыры (2019)

– 16 тысяч

Новая звезда в системе с черной дырой

Внезапное возобновление активности в двойной системе с черной дырой в созвездии Мухи породило всплеск излучения в рентгеновском и гамма-диапазонах, в 1991 году зарегистрированный французским космическим гамма-телескопом Sigma.

Эта двойная система с черной дырой находится в нашей Галактике, в направлении южного созвездия Мухи, вблизи галактической плоскости. Черная дыра имеет довольно большую массу – семь масс Солнца. Силой своей гравитации она периодически срывает верхние оболочки карликовой звезды-компаньона и поглощает их.

Как часто случается в подобных двойных системах, перенос массы между звездами происходит не равномерно, а импульсами. Черная дыра окружает себя аккреционным диском, раскаленный внутренний край которого испускает мощное рентгеновское и гамма-излучение. Через восемнадцать тысяч лет оно достигает Земли. В 1991 году французский гамма-телескоп Sigma на борту российской космической обсерватории «Гранат» зарегистрировал в созвездии Мухи новый источник, интенсивность которого быстро росла. Вскоре он стал самым ярким объектом на небе в спектральных диапазонах от ультрафиолетовых до гамма-лучей. Затем его блеск постепенно начал спадать, пока не стал ниже порога чувствительности приемника.

В течение всей активной фазы излучение нового источника изменялось в точности, как у «новых звезд», знакомых еще астрономам древности. Астрономы прошлого думали, что и правда видят рождение новых звезд, когда яркие светила иногда зажигались на небе там, где прежде, казалось, ничего не было. И так как ученые в старину говорили на латинском языке, они назвали это явление stella nova – «новая звезда». Сейчас истинная природа Новых установлена – это давно уже родившиеся звезды, которые внезапно в десятки тысяч раз увеличивают свой блеск, а потом вновь возвращаются к первоначальному уровню светимости.

По аналогии с классическим термином Nova в январе 1991 года итальянский астрофизик Андреа Голдвин назвал источник гамма-излучения, зарегистрированный им с помощью гамма-телескопа Sigma, «Новой Мухой». Бурная активность двойной системы с черной дырой в созвездии Мухи проявилась мощным всплеском в гамма-диапазоне, в спектральной линии аннигиляции позитронов. В случае Новой Мухи позитроны, возможно, образовались при характерном для двойных систем с черной дырой выбросе потока частиц на околосветовых скоростях.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Пир черной дыры (7 миллионов лет назад)

Быстрее света? (–33 900)

Будущая сверхновая (–14 тысяч)

Радиус Шварцшильда (1916)

– 14 тысяч

Будущая сверхновая

В направлении созвездия Кормы резко усилилась светимость белого карлика, входящего в двойную систему.

На расстоянии в шестнадцать тысяч световых лет от Земли массивный белый карлик в двойной системе перетащил к себе всю атмосферу звезды-компаньона. Вещество, скопившееся на поверхности белого карлика, сжалось и нагрелось до такой степени, что в нем начались термоядерные реакции, сопровождавшиеся взрывными выбросами раскаленного газа. Светимость звезды возросла в двести пятьдесят раз, и шестнадцать тысяч лет спустя, в ноябре 2000 года, астрономы заметили в созвездии Кормы появление Новой звезды, названной ими «Новая Кормы».

Древнегреческие астрономы с Птолемеем во главе выделяли на небосводе огромное созвездие, в котором им чудились контуры корабля аргонавтов – на нем отправился на поиски золотого руна Ясон. В начале 1750-х годов аббат Никола-Луи де Лакайль, член Французской академии, надолго отправился в южное полушарие, чтобы изучить малознакомое тогда европейцам южное небо. Он решил, что созвездие Корабль Арго слишком велико, и решил разделить его на три поменьше. В одном из этих новых созвездий, Корме, и появилась Новая 2000 года.

«Виновником» вспышки оказался массивный белый карлик, конечная стадия эволюции звезды массой в несколько солнечных. Вещество белых карликов – сверхплотная смесь электронов и атомных ядер углерода и кислорода. Умирающие звезды из последних сил сопротивляются неизбежному схлопыванию – коллапсу. В их недрах действует так называемое давление Ферми, которое описывается законами квантовой механики: в системе одинаковых микрочастиц (таких, как электроны) две частицы не могут находиться в одном и том же квантовом состоянии. Согласно этому запрещающему принципу, сообщество электронов, в котором уже заняты все возможные квантовые состояния, не оставляет ни малейшей возможности присоединения для новой частицы. Именно этим и объясняется длительное состояние равновесия белого карлика и его сопротивление коллапсу.

Однако масса белого карлика в созвездии Кормы уже близка к пределу, за которым давление Ферми больше не сможет поддерживать равновесие звезды. Малейший приток вещества может спровоцировать общую термоядерную реакцию с последующим взрывом.