Читать книгу "Вселенная на ладони - Колин Стюарт"

Они пытались точно установить и понять, вокруг чего вращается Галактика. Пристально вглядевшись сквозь 27 тысяч световых лет газа и пыли, они заметили звезды, со свистом вращающиеся вокруг яркого источника радиоволн, известного как Стрелец А (Sgr A*, произносится как «Звезда А созвездия Стрельца»). Мы можем воспользоваться скоростью звезд и расстоянием от Sgr A*, чтобы вычислить массу объекта, вокруг которого они вращаются. Получилась колоссальная масса в 4 миллиона Солнц.

Для того чтобы орбиты звезд оказались устойчивыми, необходимо, чтобы этот объект был по ширине меньше 12 миллионов километров (около пятой части расстояния от Меркурия до Солнца, или 8,5‐кратный диаметр Солнца). Единственным объектом, способным упаковать или вместить столь огромную массу в относительно небольшое пространство, является черная дыра.

Таким образом, в данный момент Солнце тащит нас вокруг черной дыры со скоростью примерно в миллион километров в час. К счастью, мы находимся на достаточно большом расстоянии от нее и можем не бояться угрозы быть засосанными внутрь, однако астрономы видели материалы, которые оказывались в опасной близости от нее. В период между 2011 и 2014 годами они наблюдали за газовым облаком, называемым «юбка Стрельца G2» и расположившимся вокруг черной дыры. Сначала они подумали, что оно собирается кануть в небытие, но, по-видимому, внутри облака находилась звезда, помогавшая ему держаться вместе.

Другое облако – Стрелец B2 – подверглось удару потока радиации, вызванной черной дырой около 400 лет назад. Можно заключить, что сравнительно недавно по космическим меркам Sgr A* была в миллионы раз активнее, чем в настоящее время.

Телескоп горизонта событий

Центр Галактики является идеальной лабораторией для проверки общей теории относительности Эйнштейна. Звезды, вращающиеся вокруг Sgr A*, испытывают гравитационное притяжение в сотню раз более мощное, чем где бы то ни было, где эта теория проверялась прежде. Точно так же, как близость Меркурия к Солнцу продемонстрировала нам изъяны в ньютоновской картине гравитации, звезды, вращающиеся вокруг центральной черной дыры Млечного Пути, могут выявить недостатки концепции Эйнштейна. При этом любые, даже малейшие отклонения, способны стать своего рода компасом, указывающим путь к успешной теории всего.

Продолжающиеся наблюдения центральных звезд через телескопы Кека будут играть значительную роль в достижении этой цели. Однако нам нужно взглянуть на черную дыру еще более пристально, если мы действительно хотим поставить теорию Эйнштейна в фокус нашего внимания. В идеале мы хотели бы увидеть, как пространство-время искривляется непосредственно за пределами горизонта событий.

Согласно предсказанию общей относительности, у черной дыры должна быть круглая тень: темное пятно внутри кольца, образованного светом, который прошел бы мимо нас, но из-за экстремального гравитационного поля черной дыры изменил свое направление в нашу сторону. Если окажется так, что тень по форме не кругообразная или не такого размера, как мы ожидали, тогда мы, возможно, окажемся на пороге революции.

Для того чтобы увидеть область вокруг черной дыры, понадобится телескоп размером с Землю. Поэтому астрономы создали телескоп горизонта событий путем объединения существующих по всему миру телескопов в единую сеть

ПУЗЫРИ ФЕРМИ

Наша Галактика продолжает преподносить сюрпризы. В 2010 году астрономы, работавшие с космическим телескопом Ферми (получившим название в честь пионера в этой области исследований) обнаружили два обширных пузыря из гамма-лучей, удаляющихся от центра Галактики. Раздувающиеся сверху и снизу от диска, эти пузыри Ферми простираются на 25 тысяч световых лет во всех направлениях. Каждый из них содержит достаточно холодного газа, чтобы образовать 2 миллиона Солнц. По убеждению астрономов они сформировались от 6 до 9 миллионов лет назад, это свидетели истории Галактики, такие же старые, как сам Млечный Путь. Их формирование было спровоцировано Sgr A*, потребляющей газовые облака весом в сотни или, возможно, даже тысячи Солнц. Однако не все поглощалось. Некоторые вещества ускорялись вокруг черной дыры и возвращались в Галактику. Ровная и округлая природа пузырей означает, что энергия выделилась за очень короткий промежуток времени.

Вероятно, это был последний раз, когда Sgr A* хорошенько подкрепилась на банкете – с тех пор, по-видимому, она находится на диете, ограничиваясь легкими перекусами. У других галактик имеются чудовищных размеров черные дыры с куда более ненасытным аппетитом.

И все же фокусироваться на столь компактном объекте, находящемся на расстоянии 27 тысяч световых лет, совсем не простая задача. Для этого требуется телескоп с разрешением в две тысячи раз большим, чем у космического телескопа «Хаббл». Об одиночном телескопе такой мощности говорить не приходится – он должен быть размером с Землю.

Поэтому астрономы изобрели очень хитроумную альтернативу. Они объединили телескопы США, Мексики, Чили, Антарктиды и Испании, и эта сеть превратилась в подобие более мощного телескопа, почти такого же широкого, как наша планета. В 2017 году этот телескоп горизонта событий был впервые направлен в сторону Sgr A*, и вскоре с его помощью будут окончательно проверены теории Эйнштейна.

Проблема ротации

На первый взгляд Млечный Путь выглядит как гигантская солнечная система. В ее центре находится огромная масса вещества и энергии, а вокруг вращаются более мелкие объекты. Но при ближайшем рассмотрении оказывается, что спиральные галактики фундаментально отличаются от планетарных систем.

Каждая последующая планета по мере удаления от Солнца движется медленнее, чем предыдущая, и ей требуется больше времени для совершения одного оборота вокруг своей звезды. Меркурию для этого необходимо всего восемьдесят восемь дней, у Нептуна же это занимает 165 лет. Отсюда можно было бы ожидать, что орбитальные скорости звезд также станут падать по мере удаления от центра Галактики. Но этого в случае с Млечным Путем не происходит.

Первые сообщения о том, что у Млечного Пути существуют такого рода проблемы вращения, поступили уже в 1930-х годах. Ян Оорт – голландский астроном, давший свое имя облаку Оорта, – наблюдал за звездами, расположенными вблизи окраин Галактики, и занимался измерением их скорости. Он обнаружил, что они движутся слишком быстро. При скоростях, с которыми они перемещались, они должны были преодолеть силу гравитации Млечного Пути и затеряться где-то в межгалактическом пространстве. Тот факт, что им это не удалось, заставил его предположить, что гравитация Галактики должна быть значительно мощнее, чем предполагалось ранее.

Работы Оорта были почти забыты, и о них не вспоминали вплоть до конца 1960-х годов, когда эстафетную палочку перехватила американский астроном Вера Рубин. На протяжении следующих десяти лет она наблюдала за вращением сотен других спиральных галактик и обнаружила тот же феномен. Выяснилось, что звезды на границах спиральных галактик вращаются так же быстро, как и те, что находятся вблизи балджа. Рубин скончалась на Рождество в 2016 году, когда многие высказывали предположения о том, что она могла бы получить Нобелевскую премию за свои работы (премии не присуждаются посмертно).