Космос. От Солнца до границ неизвестного - Стивен Бэттерсби

Если бы космическому монстру, обитающему в глубинах Вселенной, вздумалось попробовать на вкус молекулярное облако Стрелец B2, то ему потребовался бы гигантский, сверхчувствительный язык. Но оно ему вряд ли понравилось бы.

Молекулярное облако Стрелец B2, диаметром примерно 100 световых лет, находится около центра нашей Галактики. Оно представляет собой мешанину из водорода и гелия с массой в три миллиона солнечных масс. В этот коктейль для сладости добавлен этиленгликоль – сиропообразный и токсичный элемент антифриза – и этиловый эфир муравьиной кислоты, с фруктовым лимонным ароматом. Вместо уксуса небесные бармены используют уксусную кислоту. Словом, выпивки вполне хватает. Впервые этиловый спирт в космосе обнаружили именно в этом облаке, в 1975 году.

Все это приправлено менее вкусными вещами, такими как ацетон, который хорошо работает как жидкость для снятия лака, и сероводород, по запаху которого безошибочно распознаются тухлые яйца. Количество всех этих веществ исчезающе мало по сравнению с молекулами водорода. Но, поскольку размеры облака огромны и местами оно освещено яркими молодыми звездами, даже микропримеси различных веществ оставляют заметные следы в спектре.

Вот уже более 40 лет Стрелец В2 является для космических химиков чем-то вроде Долины Царей или горной гряды под названием Сланцы Бёрджес: местом, куда можно возвращаться снова и снова – за открытиями. Изучение космической химии помогает нам получить некоторое представление о происхождении жизни.

Межзвездная лаборатория органической химии нуждается только в нескольких ингредиентах. В облаках, подобных Стрельцу B2, – а также в облаке, которое давным-давно породило нашу Солнечную систему, – крошечные частицы пыли могут покрываться тонкой корочкой льда.

Когда излучение падает на покрытые льдом крупинки, возникают свободные радикалы и начинаются химические реакции, которые могут создавать более крупные молекулы. Звезды также конденсируются из облака, как это происходит сейчас в северном фрагменте Стрельца B2. Их излучение нагревает лед, и образовавшиеся молекулы испаряются. Процессы изменения химических связей в молекулах приводят к излучению в радиодиапазоне, которое мы можем обнаружить на Земле.

Именно в этой части облака были найдены удивительно сложные цепочки органических молекул. В 2008 году группа ученых под руководством Арно Беллоша из Института Макса Планка в Бонне обнаружила аминоацетонитрил – соединение, родственное глицину, простейшей аминокислоте. В 2014 году эта же группа объявила об обнаружении первой межзвездной молекулы с разветвленным углеродным каркасом. Это говорит о том, что в космосе также могут расти сложные аминокислоты. А в 2016 году другой коллектив ученых обнаружил первую хиральную межзвездную молекулу – структуру, распространенную в биологии, которая характеризуется отсутствием симметрии относительно правой и левой стороны.

В нашей Солнечной системе у комет найдено много одинаковых молекул, в том числе аминокислот. Это относится и к метеоритам. Весьма вероятно, что метеориты, совершая «вынужденные посадки» на поверхность Земли, доставили на нашу планету некоторые ингредиенты, необходимые для начала жизни. Но до этого – задолго до этого – они могли вырасти в тонкой ледяной корке облученных пылинок, дрейфующих в космосе и купающихся в свете новорожденных звезд.

В сердце Млечного Пути притаилось чудовище. Наблюдая за скоростями звезд, летающих вокруг галактического центра, астрономы пришли к выводу, что в нем скрывается невидимый плотный объект, примерно в 4 миллиона раз массивнее Солнца. Эта масса сосредоточена в такой маленькой области, что единственным правдоподобным объяснением является сверхмассивная черная дыра.

Большинство крупных галактик – если не все – приютили в своих центрах черные дыры. Некоторые из этих монстров самозабвенно и с энтузиазмом поглощают окружающий их газ. Падая на черные дыры, газ нагревается и создает квазары – пылающие маяки Вселенной (см. главу 9). Но наша собственная сверхмассивная черная дыра, называемая Стрелец A*, выглядит необычайно сонной и тусклой – она испускает лишь скромные потоки рентгеновских лучей и радиоволн.

И это несмотря на то что пищи у нашего монстра предостаточно. Вокруг него вращается множество массивных звезд. По расчетам ученых, их звездный ветер содержит достаточно газа, чтобы ежегодно снабжать черную дыру веществом, масса которого равна четырехкратной массе нашей планеты. Если бы левиафан в центре Галактики проглотил столько пищи, то в рентгеновских лучах он сиял бы в 100 миллионов раз ярче.

Может быть, скромные аппетиты Стрельца A* объясняются тем, что окружающий его газ слишком горяч? Звездные ветры сталкиваются в звездном диске и нагревают газ до 10 миллионов °С, прежде чем он начинает падать к черной дыре. Частицы разреженного горячего газа участвуют в быстрых беспорядочных движениях, и загнать их в логово черной дыры удается с трудом. Препятствовать проникновению газа внутрь могут и струи вещества (джеты), истекающие из черных дыр.

Слабость нашей сверхмассивной черной дыры может быть лишь преходящей фазой в ее жизни. В 2003 году спутник INTEGRAL (INTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory – «Международная астрофизическая лаборатория гамма-лучей») зарегистрировал жесткое рентгеновское излучение, исходящее от газового облака Стрелец B2 и находящееся примерно в 350 световых годах от черной дыры.

Весьма вероятно, что для наблюдателей на Земле около 350 лет назад черная дыра в центре Галактики выглядела невероятно яркой на коротких длинах волн – в миллион раз ярче, чем сегодня. Если бы Ньютон или Галилей изобрели мощный гамма-телескоп, они могли бы увидеть в самом центре Галактики ослепительное зрелище. Яркое излучение из центра достигло облака B2 через 350 лет после вспышки, и теперь мы видим, как облако флуоресцирует в рентгеновских лучах. Таким образом, наша Галактика могла быть активной относительно недавно и вполне может вспыхнуть в будущем снова, хотя и неизвестно, когда.

Гораздо более интенсивная вспышка, по-видимому, произошла 2 миллиона лет назад. В 2010 году с помощью космического гамма-телескопа «Ферми» астрономы обнаружили пару эффектных таинственных структур, которые растянуты перпендикулярно плоскости Млечного Пути на 25 тысяч световых лет каждая и испускают излучение в гамма- и рентгеновском диапазонах. Их назвали пузырями Ферми. Для объяснения этих загадочных объектов придумали несколько теорий: например, гамма-излучение может возникать при аннигиляции темной материи; или же к появлению сверхзвукового ветра привели интенсивные вспышки звездообразования.

В 2013 году Билл Мэтьюз из Калифорнийского университета (г. Санта-Круз, США) и Фулай Гуо из Шанхайской астрономической обсерватории (Китай) предположили, что пузыри были вызваны вспышкой Стрельца A*. Их идея заключается в том, что при падении вещества на сверхмассивную черную дыру это вещество накапливается в окружающем диске, нагревается и начинает светиться. Когда в диск попадает большое количество вещества, энергия выделяется в виде ярких струй частиц, вылетающих вдоль оси вращения черной дыры. Как предполагает моделирование процесса, две такие струи частиц высокой энергии и могли привести к образованию пузырей Ферми. Расчеты показывают, что вспышка могла произойти от 1 до 3 миллионов лет назад и длилась несколько сотен тысяч лет.