Человек перед Вселенной. Космос и картина мира

—10

 лет, т.е. минимум за десять тысяч триллионов лет – в миллион раз больше времени существования Вселенной сегодня! И если даже одна из них приблизится к Земле на расстояние хотя бы 10 световых лет, нам конец. Остается лишь молиться, чтобы такие соседи и дальше не замечали нас.

*** *** ***

Теперь попробуем хотя бы предварительно суммировать данные об эволюции звезд. Их жизненный путь, прежде всего, определяется массой. Если звезда примерно как Солнце, то она превратится в белого карлика, который позже станет черным карликом, а может и самоликвидироваться, взорвавшись. Если вес объекта от 1,5 до 3 солнечных, перед нами возникнет нейтронная звезда – пульсар или магнетар. Если от 3 до 10, то могут появиться, последовательно, кварковые, странные и преонные звезды. Пока их существование не доказано и, вкратце, предполагаемый механизм появления выглядит так: после «падения» электронов на атомное ядро и превращения звезды в нейтронную сила сжатия не останавливается, но и коллапса в черную дыру пока не происходит. Наступает черед сердца материи – атомных ядер. Они разрушаются, высвобождая еще более фундаментальные «кирпичики» всего сущего – кварки. Дальше следует разновидность получившегося «кваркового супа» – «странная звезда» и завершает цепочку звезда преонная. Это в высшей степени виртуальный объект, поскольку даже само существование преонов еще не доказано. Предполагается, что из них состоят кварки и преонная звезда – результат дальнейшего сжатия кварковой. И только в ходе дальнейшего сжатия следует коллапс в черную дыру. То есть сверхплотная материя, которая в десятки раз превосходит все, что мы говорили про пульсары и магнетары, еще более уплотняется и… полностью исчезает. Противоположности сходятся.

Звезды-изгои

Впервые обнаружены в 2005 году, когда астрономы впервые увидели звезду, не вращающуюся, как положено, по раз и навсегда предопределенной орбите, а стремительно летевшую вон из нашей галактики. «Побег» удался и гиперзвуковая звезда, как их называют ученые, «убежала» от Млечного Пути. Теперь она настоящий космический странник. Одна. Сама по себе. Без скоплений, галактик и прочей вселенской несвободы. Несется вместе со своей планетной семьей со скоростью 667 километров в секунду или 2,4 миллиона км/ч. То есть за сутки она покрывает расстояние от Земли до Марса! А всего в пределах 750 парсек от Солнца астрономы насчитали 56 таких убегающих звезд. Среди них есть просто гиганты. Например, Альфа Жирафа, которая в 50 раз массивнее Солнца и в миллион раз (!) ярче его.

Гамма-всплески

Теперь, когда мы познакомились с нейтронными звездами и с магнетарами, кажется, что ничего более загадочного, зловещего и опасного для человека во Вселенной быть не может. Но Космос полон сюрпризов. Совсем недавно, четверть века назад, выяснилось, что может. Имя этому феерическому явлению – гамма-всплеск. Немного забегая вперед, скажу, что здесь мы также имеем дело с гравитационным коллапсом ядра звезды, в результате которого образуются белые карлики, нейтронные звезды, магнетары… Ну, вот теперь еще и гамма-всплески.

Их природа до сих пор точно не установлена, хотя предположений много. Астрономы шутят, что число теорий происхождения гамма-всплесков больше, чем число их самих. Считается, что они происходят как от столкновения двух нейтронных звезд, так и от взрыва гиперновой массой 40—100 солнечных, в силу ряда причин не сколлапсировавшей в черную дыру.

Теперь о том, что представляет из себя гамма-всплеск. Мощность около 10

 эрг. Сколько это? Ну, Солнце столько за всю свою жизнь, т.е. за 10 миллиардов лет не выработает. Такую энергию дает вся наша галактика Млечный Путь со своими 300 миллиардами звезд за тысячу лет. Достаточно сказать, что некоторые гамма-всплески, приходящие к нам из самых глубин Вселенной за 4, 9 и даже 10—12 миллиардов световых лет, можно наблюдать в обычный полевой бинокль. Вот какова их мощность.

И в случае слияния нейтронных звезд, и в случае коллапса гиганта образуется диск из сверхплотной материи радиусом порядка 10 км. Он и излучает энергию. Никто не знает, сколько времени он живет, но это настоящая звезда смерти. Энергия, излученная диском, разлетается почти со скоростью света в форме частиц и магнитного поля. Если это произошло в ядре гиганта – диск испускает вдоль оси вращения две струи энергии такой мощности, что они за доли секунды прожигают канал сквозь тело звезды, расчищая себе путь.

Выше мы отмечали, что гамма-всплеск не сильно отличается от взрыва сверхновой, тоже связанного с гравитационным коллапсом ядра звезды. Но разница в последствиях. При взрыве сверхновой выбрасывается тяжелая оболочка вещества, которая светится в течение недель и месяцев и летит медленно, всего 10 – 30 тыс. км/с. В случае гамма-всплеска нечто неизвестное нам —из чего состоит «звезда смерти» точно не известно – излучает гамма-кванты и летит практически со скоростью света.

Говоря о магнетаре, мы радовались, что ближайший такой монстр находится в 13 000 световых годах от нас. Так вот если бы гамма-всплеск произошел на таком расстоянии, да даже если бы он произошел в любой другой точке Млечного Пути, пусть в 2—3 раза дальше упомянутого магнетара, нам всем пришел бы быстрый и неизбежный конец. И не только из-за непосредственного воздействия. Гамма-излучение разрушает озоновую оболочку, без которой все живое на Земле, так или иначе, погибнет от смертельных космических лучей. Самый мощный гамма-всплеск в истории наблюдений был зарегистрирован в июне 2010 года. Несмотря на огромное расстояние между ним и Землёй (5 млрд световых лет), энергии вспышки хватило на то, чтобы сломать наблюдавший за ним спутник.

Известный российский астрофизик Борис Штерн пишет: «Возьмём умеренный случай энерговыделения, – 10

 эрг и расстояние до всплеска в 10 световых лет, – в таких пределах от нас находятся с десяток звёзд. За считанные секунды каждый квадратный сантиметр нашей планеты получит 10

 эрг. Это эквивалентно взрыву атомной бомбы на каждом гектаре неба! Атмосфера не помогает: значительная часть энергии мгновенно дойдёт до нас в виде испепеляющего света. Ясно, что всё живое на облучённой половине планеты будет истреблено мгновенно, на другой половине чуть позже за счёт вторичных эффектов. Даже если мы возьмём в 100 раз большее расстояние (это уже толщина галактического диска и сотни тысяч звёзд), эффект будет равносилен взрыву атомной бомбы на каждых 100 км

территории». Т.е. и в этом случае вряд ли что-то выживет. А ведь гамма-всплески могут быть и в 1000 раз более мощными, да и вообще, где предел их чудовищной силы – никто не знает.

Некоторые исследователи утверждают, что именно благодаря им примерно 450 млн лет назад, на Земле произошло массовое вымирание живых существ. Тогда исчезло около 60% видов морских беспозвоночных. К несчастью, в настоящий момент не существует не только средств защиты от последствий гамма-всплесков, но и систем их прогнозирования.

Квазары

Но, оказывается, и гамма-всплеск – не предел. Завершает наш «хит-парад» экстравагантных космических чудовищ настоящий вселенский левиафан под названием квазар. Что означает «похожий на звезду радиоисточник». Ну, «радиоисточник» оставим в стороне, так как позже оказалось, что не все квазары являются таковыми. Отметим, что он «похож на звезду». Только лишь похож…

Вот уже более полувека эти «похожие на» объекты не дают покоя астрономам, но до сих пор таят в себе множество загадок. И тому есть причины. Во-первых, очень уж далеко они находятся. Даже по космическим меркам. Ведь до самого ближнего, открытого одним из первых квазара 3С 273, расположенного в созвездии Девы, целых 2 миллиарда световых лет. Остальные расположены еще дальше. Среди них есть и «рекордсмен» до которого 13,5 млрд световых лет, т.е. он находится почти на краю наблюдаемой Вселенной (напомню, ее возраст, который в данном случае эквивалентен расстоянию, составляет 13,8 млрд световых лет). Другой «чемпион» чуть более «молод», – ему «всего» 12,8 млрд лет. Но зато как светит! Ученые подсчитали: как 600 триллионов Солнц! Он один ярче тысячи наших галактик! Непредставимый блеск. Всего же квазаров на данный момент насчитывается около миллиона и, разумеется, постоянно открываются новые. Во-вторых, сами объекты крайне странные, состоят из разных составных частей, в отличие от звезд, планет или уже знакомых нам пульсаров-магнетаров.

Что же из себя представляет квазар? В его центре таится настоящий монстр, – огромная черная дыра, возможно, сформировавшаяся при столкновении двух галактик и, соответственно, двух черных дыр, находящихся в центре них. Это сердце тьмы, часто порождающее самые ослепительные потоки света во Вселенной. Струи плазмы, джеты, вырываются с почти световой скоростью в одном и другом, противоположном, направлении. Их размеры просто невероятны. Обычный джет растягивается на полтора миллиона световых лет, – в 15 раз больше нашего, кажущегося почти бесконечным Млечного Пути.

Квазар молод, а черные дыры, как и звезды, и магнетары, как и люди в молодости очень активны, поэтому он активно поглощает всех соседей, разрывает и «съедает» целые звезды, формируя вокруг себя так называемый аккреционный диск, т.е. диск вещества, разогретого до невероятно высоких температур в миллионы градусов. Газ, прежде чем навеки исчезнуть в черной дыре, благодаря трению, отдает свою энергию. Отсюда свечение. Оно настолько сильно, что в ряде случаев квазар можно увидеть в обычный полевой бинокль, хотя до него миллиарды световых лет. Так уже упомянутый объект 3С 273 светит в 100 раз ярче всей нашей галактики Млечный Путь, хотя в ней находятся сотни миллиардов звезд.

Обычный квазар имеет размер примерно с нашу Солнечную систему и поглощает примерно 10—20 звезд в год. Так что миллионов через 100 лет – а по космическим меркам это совсем немного – он уничтожает все в округе, после чего успокаивается и превращается в обычную черную дыру, хотя и сверхмассивную весом в миллионы или даже миллиарды Солнц. Скорее всего, такую эволюцию в свое время проделала и черная дыра в центре Млечного Пути Стрелец А. Но, судя по всему, ей еще предстоит своеобразное дежа вю, и в будущем она возвратит свой прежний статус. Это случится после столкновения с Туманностью Андромеды. Стрельца захватит более массивный местный галактический центр (30 миллионов солнечных масс против четырех), они сольются вместе и превратятся в квазар. История повторится. Если бы это произошло сейчас, то получившаяся квази-звезда была бы для нас размером с полную луну, хотя и находилась в 10 тысячах световых лет.

Интересно, что такие монстры оказываются исключительно шустрыми. Совсем недавно выяснилось, что, например, один далёкий квазар (RX J1131—1231), содержащий сверхмассивную чёрную дыру, расположенный примерно в 6 миллиардах световых лет от Земли в созвездии Чаши, – вращается вокруг собственной оси со скоростью в 150 тысяч километров в секунду (!), – половину световой.

*** *** ***

Итак, что из себя представляет звездная жизнь и смерть? Она предопределена игрой одной из самых могущественных сил Вселенной – гравитации. Она собирает водород в скопление, она сжимает его и «поджигает». Она взрывает сверхновые и стоит за всеми этапами жизни космических светил. Вплоть до возврата их в первоначальное состояние звездной пыли.

О, этот великий закон вечного возвращения равного. Рождение из праха и в конце долгого пути возвращение обратно. В звездный прах. Это касается и звезд, и человека, который ведь тоже состоит из элементов, произведенных звездами.

Глава 3. Черные дыры

Первый в истории снимок черной дыры в галактике М87. Для сравнения в центре кружком обведена вся Солнечная система

В Космосе очень много странностей. Но, пожалуй, самое загадочное явление – это черные дыры. «Алиса в стране чудес» по сравнению с ними просто произведение социалистического реализма.

Если очень коротко, то это звезды с массой более трех Солнц на поздней стадии эволюции. Существование таких объектов предсказал еще Эйнштейн, но он так и не смог поверить, что они реально существуют. А вот поди ж теория и здесь оказалась верной. (Хотя справедливости ради отмечу, что самым первым о существовании черных дыр догадался вовсе не Эйнштейн и даже не Роберт Оппенгеймер в 1933 году, как принято считать, а еще в 1784 году английский священник Джон Митчелл). Правда, первый такой объект открыли только в 1962 году, а на сегодняшний день только в нашей галактике их насчитывается сто миллионов (!).

На первый взгляд, устроена «дыра» более чем просто. В центре – точка сингулярности, в которой сконцентрирована практически вся масса и о которой толком ничего не известно. Далее – пустота, затем – горизонт событий, за который ничего, даже свет, не может вырваться. Рядом с горизонтом событий царит сутолока и невероятная давка, как в метро в час пик. Дело в том, что черная дыра притягивает к себе всю близлежащую материю, – газ, частицы, неосторожно подобравшиеся к ее «владениям» звезды… Разрывает их и поглощает. Чтобы оценить размер «аппетита» достаточно представить, что, например, сверхмассивная черная дыра J2157—3602, расположенная в 12 миллиардах световых лет от Земли, каждые пару дней «съедает» объем вещества весом с Солнце! А некоторые ее «коллеги» заглатывают огромные звезды целиком, будто какую-то индейку! Сопротивление бесполезно, ибо само пространство искривляется таким образом, что звезду буквально засасывает внутрь монстра, как воду в слив раковины.

Но подобно тому, как любой, пусть и самый толстый человек не может кушать бесконечно, так и черная дыра время от времени оказывается «сытой» и даже переевшей. Будущая «пища» толчется на орбите, вблизи горизонта событий, разогревается, светится (та же J2157—3602 блистает ярче целой галактики) и время от времени выбрасывается в Космос в виде мощнейших джетов, – струй раскаленной материи, вырывающейся с околосветовой скоростью.

Но неосторожная звезда или планета рискует не только быть «съеденной». Иногда события развиваются прямо противоположным образом: их могут не поглотить, а отбросить. Так недавно была обнаружена звезда S5-HVS1, которую сверхмассивная черная дыра Стрелец А, выбросила в Космос, и она сейчас летит прочь из Галактики с колоссальной скоростью – 6 млн километров в час. Увы, остаток своей жизни звезда-изгнанница будет вынуждена провести в полном одиночестве, плывя в абсолютно пустом межгалактическом пространстве.

Может возникнуть вопрос, – не представляют ли черные дыры опасности для нашей планеты, коли они «пасутся» в количестве сотни миллионов штук на необозримых просторах Млечного Пути. Ответ прост: представляют. Тем более, что большинство из них блуждает, оставаясь невидимыми. Более того, даже наш центр, самый массивный объект в Галактике – Стрелец А – был открыт только в XXI веке. Да и сегодня он хранит множество тайн. Например, до последнего времени он считался тихим и мирным, однако, неожиданно в 2019 году почти моментально увеличил яркость в 75 раз (!). Причина точно не определена, но ученые не исключают, что она может заключаться в соседней звезде, которая иногда, не ведая страха, подходит к монстру почти вплотную (по космическим меркам, разумеется). Не исключено, что поплатилась за излишнюю смелость.

Так что небесные тела, тем более, такие скрытные как черные дыры, постоянно преподносят сюрпризы. Для нас они оборачиваются все новыми и новыми открытиями (например, в 2019 году неподалеку от Стрельца А нашли ее «компаньона» с массой в 32 тысячи солнечных). Но общее количество найденных черных дыр все же смехотворно мало по сравнению с теоретически предсказанным их количеством. Что имеет значение вовсе не только с точки зрения перспективных ученых изысканий. Увы, совершенно не исключена ситуация, когда в один далеко не прекрасный момент мы обнаружим такую «соседку» где-нибудь в окрестностях Солнечной системы. Это вам не пресловутое «глобальное потепление», эта проблема посерьезнее будет. Ибо что делать с таким «подарком судьбы» – совершенно непонятно. Никаких способов противодействия ему у человечества нет. Разве что молиться.

*** *** ***

А теперь давайте постараемся чуть более подробно разобраться в этих загадочных объектах. Чисто физически «дыры» характеризуются просто чудовищной плотностью вещества. Для сравнения: если бы Солнце смогло стать черной дырой, то диаметр у него был бы всего 3 километра, а Земля со всеми горами, океанами и континентами так и вовсе превратилась бы в горошину, имея в поперечнике всего 9 миллиметров. Причем эти цифры характеризуют размер горизонта событий, а не точки сингулярности. Не будем забывать, что почти вся масса, как уже говорилось, сконцентрирована в ней.

Черные дыры «разговаривают»: впервые на них обратили внимание, услышав звук, зловещее шипение, исходившее откуда-то из центра галактики. А некоторые не только «разговаривают», но еще и бешено вращаются. Так, недавно была открыта сверхмассивная черная дыра (т.е. массой от нескольких миллионов Солнц), вращающаяся со скоростью 87% от световой, т.е. 260 тысяч км/с.

Но такой размер черной дыры вовсе не уникален. Давайте лучше познакомимся с настоящим монстром – SDSS J140821.67+025733.2. Это очень далёкий квазар в созвездии Девы. Его вес в 196 миллиардов раз (!) превышает массу Солнца. Диаметр этой чёрной дыры составляет около 0,123 светового года, – почти в 100 раз больше диаметра орбиты Плутона. Своим светом квазар затмевает буквально все. Еще бы, он ярче Солнца в полквадриллиона раз и ярче сотен миллиардов звёзд нашего Млечного Пути в 40 000 раз! Просто невероятный масштаб.

А теперь постараемся представить себе. Начинается коллапс звезды, о котором мы уже говорили. Только на этот раз очень массивной. Вот, сбросив внешние слои, она начала сжиматься. Проходит стадии белого карлика, нейтронной звезды… Но из-за огромной массы силы гравитации очень велики, а потому сжатие продолжается. И вот – щелк, что-то происходит, – и все рушится в бездну. Теперь вместо привычных нам объектов вроде звезд, пусть даже совсем маленьких, но с очень большой плотностью, как нейтронные, происходит скачок, привычное нам видимое материальное тело исчезает, и мы получаем нечто. Нечто, заключающееся в неопределенно маленькой сингулярной точке, где сконцентрирован вес нескольких звезд, а иногда нескольких миллионов или миллиардов звезд. Нечто столь могущественное, что подчиняет себе и пространство, и время. Нечто зловеще шипящее – черную дыру.

Черные дыры – это миры, где очень маленькое и очень большое неотличимы, а реальность и иллюзия – одно и то же (впрочем, в нашем мире дела обстоят аналогично, только мы этого не замечаем, но разговор об этом еще впереди). Их поверхность состоит из коллапсирующего вещества, в котором время переходит в материю и наоборот. Это пятое состояние вещества после твердого, жидкого, газообразного и плазмы. Пока о нем нам мало что известно, но сам феномен интереснейший и кто знает, какие области практического применения со временем может открыть его изучение.

Недавно ученые установили, что хотя объект, падающий в черную дыру, пропадает в ней, но информация, содержащаяся в нем, остается на поверхности, в двухмерном пространстве. Т.е. как бы двухмерная матрица трехмерного мира объектов. Разумеется, пока это все теоретические построения, и тем не менее. О том же самом, но уже применительно ко всей Вселенной, мы еще поговорим, когда будем обсуждать рассмотрение нашего мира как голограммы.

Край черной дыры называется горизонтом событий, это черта, за которой возврата нет. За ней – море света, не имеющего возможность вырваться за горизонт. Здесь, как у Гете, «… царствуют Боги, здесь нет пространства, еще меньше времени». На границе двух миров стоит огненная стена. Firewall. В буквальном смысле. Она сжигает все, что пытается ее пересечь.

Здесь пространство обрушивается в бездну. Здесь нет времени. Здесь самый краткий миг – это бесконечность. Здесь нам предстает мир, сотканный из невообразимых парадоксов. Так ход времени останавливается. Но только для нас, сторонних наблюдателей. А для странника, проникшего туда, за горизонт, время наоборот бежит бесконечно быстро. Окунувшись в этот стремительный поток, он сможет увидеть все будущее, ожидающее нас. Его взору предстанет вся история окружающего нас мира, вплоть до уничтожения Земли, превращения Солнца в белого карлика, смерти галактик и, может быть, всей Вселенной.

В этом мире свет движется по замкнутым траекториям, не в силах преодолеть притяжения. Здесь парадокс – это норма, здесь средневековых демонов, чертей и колдунов вы будете ностальгически вспоминать как невинную детскую забаву человечества, притягательную как милость домашнего уюта. Здесь смертельная опасность таится даже не в каждом шаге, а на каждом миллиметре пространства. Например, ни в коем случае нельзя близко подходить к горизонту событий, смельчак, желающий «подергать тигра за усы», может поплатиться. Ибо каким-то мистическим образом «дыра» уже знает о своей жертве, знает, что при поглощении масса ее возрастет, и, предвкушая это событие, заранее увеличивает радиус горизонта событий как соответствующий новой, увеличенной массе. А вам после рокового шага, увы, надеяться уже не на что, спагеттизация неизбежна. «Спагеттизация» – это официальный термин, означающий превращение человека т.н. приливными силами (гравитацией) в подобие спагетти, только очень тонких, толщиной в один атом.

А внутри черной дыры все еще чудеснее. На так называемом горизонте Коши, расположенном между горизонтом событий и точкой сингулярности, гравитация становится столь чудовищной, что время останавливается. Здесь настоящее, прошлое и будущее слиты в одном бесконечном мгновении «сейчас», и их можно увидеть. Здесь перестают действовать земные представления и законы, в том числе логика, а дальше начинается настоящая фантастика. К примеру, существуют предположения, что «оттолкнувшись» от горизонта Коши можно через белую дыру[1 - Белая дыра антипод «черной», т.е. не притягивает вещество, а наоборот, отталкивает, выбрасывает. Существует пока только как виртуальный, математический объект.] попасть в параллельную Вселенную.

А сейчас попытаемся представить себя в космическом корабле. Наши часы остановились. Наступила вечность. Мы оставили позади точку невозврата, за которой начинаются иные миры. Наша скорость превышает скорость света, и спустя минуту мы уже оказываемся в черной дыре, где можно видеть все прошлое Вселенной. Постепенно «сбрасываем» скорость до световой, и достигаем т.н. внутреннего горизонта. Это самое неистовое место во Вселенной. Частицы там разлетаются во всех направлениях разом, а энергии хватило бы для всего чего угодно, даже для Большого Взрыва.