Космос. От Солнца до границ неизвестного - Стивен Бэттерсби

Заинтригованные исследователи включили в план работы телескопа новые наблюдения за объектом. В свечении объекта наблюдались линии ионизованного кислорода – атомы которого лишены части своих электронов, – излучающего в зеленой области спектра. Другие элементы также были ионизованы. Для того, чтобы ионизовать весь этот газ, требовалось огромное количество энергии, но на источник энергии не было и намека. Излучение горячих молодых звезд могло бы еще объяснить присутствие ионизированного кислорода в облаке, но никак не ионизированного неона. Излучение неона в ультрафиолете, наблюдаемое в облаке, не может происходить, если не возбудить его большим количеством рентгеновских лучей.

Все это наводило на мысль, что здесь замешана чудовищная черная дыра. Полагают, что большинство галактик содержат в своих ядрах черные дыры. Во многих случаях при падении вещества на черные дыры возникает мощное рентгеновское излучение.

На расстоянии примерно в 45 000–70 000 световых лет от светящегося облака находится галактика под названием IC 2497, и черная дыра в ее ядре вполне могла бы направить на объект Ханни поток рентгеновских лучей. Но есть одна загвоздка. Ядро галактики IC 2497 не показывает никаких признаков рентгеновского излучения.

В 2008 году сотрудники проекта «Галактический зоопарк Хаббла» выдвинули следующее объяснение. Когда-то черная дыра галактики IC 2497 очень активно поглощала вещество и испускала потоки рентгеновских лучей. Прошло менее 100 000 лет, галактика приняла свой нынешний облик. Чтобы достичь облака, рентгеновским лучам потребовалось время. Некоторые из них все еще прибывают и заставляют светиться облако. Этот свет и увидела Ханни ван Аркел, хотя черная дыра к тому времени уже никак себя не проявляла.

Наблюдения этого объекта, когда он был открыт, носили уникальный характер. Они показали, как сильно может меняться активность черных дыр на протяжении десятков тысяч лет. Задача ученых – понять, от чего зависит эта активность, потому что вспышки, наступающие вследствие увеличения темпа аккреции на черную дыру, оказывают огромное влияние на окружающую среду. Такие аккреционные события могут остановить рост галактик, нагревая газ, идущий на формирование новых звезд, и выталкивая его из галактик.

Пока объект Ханни был единственным в своем роде, было непонятно, насколько характерным является такое поведение черных дыр. Прошло время. Профессиональные астрономы и волонтеры проекта «Галактический зоопарк Хаббла», работая в одной упряжке, с тех пор обнаружили много подобных объектов. Как и объект Ханни, это были светящиеся газовые облака вблизи галактик, черные дыры в которых сейчас не проявляют активности, но, вероятно, инициировали свечение облаков в прошлом. Большинство обнаруженных облаков находится по соседству с галактиками, которые взаимодействуют с другими галактиками или сливаются с ними. Такая картина соответствует сценарию эпизодической активности черных дыр, описанному выше. Действительно, столкновения галактик друг с другом сообщают импульс газовым облакам и могут вытолкнуть их в межгалактическое пространство. Так возникают объекты, которые впоследствии могут подвергнуться рентгеновскому облучению со стороны черных дыр.

Все это показывает, что объект Ханни не обман зрения. По всей Вселенной черные дыры ведут себя как проблесковые маяки – дают бортовые залпы по соседним объектам, а потом успокаиваются и пропадают из виду.

По мере того, как в распоряжении астрономов появляются все более чувствительные телескопы, перед их взором начинает проявляться все более тонкая структура Вселенной. Выясняется, что галактики и скопления галактик, огромные сами по себе, являются составной частью еще более крупных струн и узлов – сверхскоплений. Иногда эти сверхскопления, в свою очередь, могут объединяться в объекты, называемые стенами. В самых больших масштабах Вселенная напоминает космическую паутину из материи, окружающую относительно пустые пространства (войды). Такую паутину можно сравнить и с мыльной пеной.

Эта паутинно-пенистая структура соответствует компьютерным моделям, которые за отправную точку берут почти гладкую Вселенную, где темная материя преобладает над газом из обычной материи (состоящей из нейтронов, протонов и электронов) в пропорции примерно пять к одному. Картографирование пустот может дать нам новый способ исследования темной энергии – некоей субстанции с отталкивающими свойствами (см. главу 10), которая придает этим пустотам видимую форму. Пока, кажется, все идет хорошо.

Но по мере того, как с помощью новых наблюдений удается проникнуть во все более глубокий космос, астрономы начинают идентифицировать структуры все больших и больших, доселе не виданных размеров. Вначале мы узнали о существовании Великой стены Слоуна, а в 2014 году обнаружили, что Млечный Путь принадлежит к сверхскоплению галактик, названному Ланиакея. Размеры обеих этих структур огромны. Затем, в 2016 году, астрономы различили очертания Великой галактической стены BOSS[19] на расстоянии примерно 5 миллиардов световых лет. Масса этой суперструктуры превышает массу Млечного Пути в 10 000 раз. Она на две трети больше, чем стена Слоуна или Ланиакея. Великая стена BOSS включает 830 галактик, которые мы наблюдаем, и, вероятно, гораздо больше галактик, которые настолько далеки и слабы, что их просто не видно в телескопы.

Эти растущие стены, пустоты и указания на существование гигантской структуры во Вселенной доставили астрономам много хлопот. В свое время Коперник выдвинул революционную идею о том, что расположение Земли среди звезд не является уникальным, и с тех пор эта идея считается в астрономии основополагающей. На ее основе был сформулирован космологический принцип: нигде во Вселенной нет ничего особенного[20]. Конечно, на уровне солнечной и иных звездных систем, галактик и скоплений галактик индивидуальные различия существуют, но стоит удалиться на достаточно большое расстояние – и Вселенная должна быть однородной. Никаких огромных гиперскоплений или пустот размером более миллиарда световых лет астрономы найти не ожидали. Предположение о гладкости Вселенной значительно облегчало использование Общей теории относительности Эйнштейна применительно ко всей Вселенной в целом.