Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

☛ СМ. ТАКЖЕ

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

Пульсар – космический маяк (–4500)

– 33 900

Быстрее света?

Сцена преступления на расстоянии в тридцать четыре тысячи световых лет от нас в глубинах Млечного Пути выглядела шокирующе: черная дыра, возникшая в результате эволюции массивной звезды, жесткими рывками вытягивала вещество из своего партнера, красного гиганта. Тем не менее подобное поведение встречается сплошь и рядом – звездный каннибализм нередок в двойных звездных системах, где тела тесно связаны между собой силами притяжения. Менее привычной характеристикой в этой ситуации выглядела масса преступницы – всего четырнадцать солнечных. А ведь это очень важная характеристика для черной дыры, образовавшейся из звезды. Еще более странным ученым показалось то, что, насытившись, эта дыра извергает в противоположные стороны пучки частиц, разогнанные до девяти десятых скорости света!

Единственными свидетелями этого события были излучения, испускаемые на каждой его стадии: рентгеновские и гамма-лучи в фазе аккреции, радиоволны в фазе выброса. Сорок тысяч лет спустя, когда все эти лучи достигли Земли, внимание астрономов привлекли прежде всего рентгеновский и гамма спектры. В 1992 году международная группа астрофизиков с помощью широкоугольной камеры, установленной на борту российской орбитальной обсерватории «Гранат», зафиксировала это событие и присвоила ему код GRS 1915+105. Наблюдения с французским рентгеновским телескопом SIGMA, основным инструментом обсерватории «Гранат», подтвердили, что объект обладает всеми типичными свойствами двойной системы с черной дырой.

Телескоп SIGMA позволил определить положение GRS 1915+105 на небе гораздо точнее, чем это сделали в 1994 году французский астроном аргентинского происхождения Феликс Мирабель и мексиканский астроном Луис Родригес с помощью американского радиоинтерферометра высокого разрешения VLA. Двойная система с черной дырой находилась как раз в фазе выброса, и наблюдатели были потрясены, обнаружив, что скорость выбрасываемых пучков частиц превышала скорость света!

Этот странный результат, казалось, противоречил фундаментальному принципу относительности, согласно которому «скорость света одинакова во всех системах отсчета, движущихся равномерно и прямолинейно». Простое правило сложения скоростей не действует, когда скорости объектов близки к световой. Однако, поскольку астрофизики наблюдали распространение пучков частиц под углом, в проекции на луч зрения, у них возникла иллюзия, что скорость пучков превышает световую! Таким образом, скорость света пока осталась незыблемой границей, преодолимой только в фантастических романах.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Пир черной дыры (7 миллионов лет назад)

Новая звезда в системе с черной дырой (–16 тысяч)

Радиус Шварцшильда (1916)

– 24 650

Антиматерия в центре галактики

Из-за сильного межзвездного поглощения света, которое не дает увидеть звезды, удаленные от нас больше, чем на десять тысяч световых лет, астрофизики долго не могли исследовать центральные области Млечного Пути. Сегодня эта проблема решена благодаря развитию приемников инфракрасного излучения, которое гораздо меньше поглощается межзвездной пылью. Теперь астрофизики знают, что, как и многие другие спиральные галактики, Млечный Путь представляет собой звездный диск с центральной сферой радиусом в три тысячи световых лет – балджем. Инфракрасные данные показывают, что балдж, за исключением его центральной части – ядра, – состоит в основном из старых звезд.

В галактическом балдже были обнаружены загадочные и очень активные источники антиматерии: каждую секунду там образуется десять миллиарда тонн позитронов – античастиц электрона. В разреженной межзвездной среде балджа эти позитроны рано или поздно аннигилируют с электронами, порождая гамма-излучение с определенной длиной волны. Примерно за двадцать семь тысяч лет аннигиляционное излучение достигает Земли. Исследователи, наблюдающие его с 1970-х годов, предполагают, что таинственный источник позитронов находится где-то в центре Млечного Пути. Теперь многое зависит от наблюдений с борта международной орбитальной обсерватории INTEGRAL, начатых еще в 2002 году: в ее программу входит уточнение координат источника.

Какой же механизм может порождать такое количество позитронов в галактическом балдже? Американский астрофизик Петер Милн и его коллеги предполагают, что эту роль играют термоядерные сверхновые: взрывы белых карликов в двойных звездных системах. При взрывах сверхновых этого типа выбрасывается радиоактивный никель-56, распадающийся с образованием позитронов. Однако частота таких событий в балдже не очень высока. Поэтому французская физик Селин Бем и ее группа в 2003 году предложили гораздо более экзотический сценарий: позитроны могут быть продуктом аннигиляции гипотетической «легкой темной материи», скопившейся в центральных районах Галактики.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Материя побеждает антиматерию (10^–6 секунд после начала расширения Вселенной)

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

– 24 650

Сверхмассивная черная дыра

Вероятно, в центре любой 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