Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Блазары – тема моей докторантской диссертации, и еще десять лет после этого я занимался их исследованиями. Они притягательны, как спорткар для юноши, – быстрые, стильные и способные с равной вероятностью выбросить на обочину или прокатить так, что захватит дух. Блазары непредсказуемы, поскольку их излучение зависит от изменчивых астрофизических характеристик среды возле сверхмассивной черной дыры. Часами я впустую торчал у телескопа, поскольку почти все интересующие меня объекты не подавали признаков жизни, а некоторые оказывались и подавно слишком тусклыми, но, когда мне везло, результаты были достойны Книги рекордов Гиннесса. За период работы мне удалось засечь активные галактики с наивысшей светимостью, самыми быстрыми изменениями, самым компактным излучением и высочайшей поляризацией. Поляризация происходит, когда колебания электромагнитного излучения лежат в одной плоскости; поляризация света дает информацию о геометрии источника света.

Однако серьезная наука требует аналитического подхода и систематических наблюдений, поэтому исследование строилось на совокупности данных, а не на самых захватывающих моментах. Я узнал, что блазары позволяют взглянуть на центральную машину с весьма интересного ракурса. Горячий газ, движущийся на скорости 99 % световой, свидетельствует о том, что блазары в сотни раз ярче активной галактики – если не смотреть на нее вдоль релятивистского джета. Теоретикам непросто было обосновать возможность ускорения газа до такой скорости, но наблюдатели вроде меня любят подбрасывать теоретикам трудные задачки. Постепенно обнаруживались гораздо более многочисленные активные галактики с не менее поразительным поведением и джетом, не направленным вдоль луча зрения. Моей целью было не утвердить уникальность и экзотичность блазаров, а найти им подходящее место в «зоопарке» активных галактик.

Различные идеи объединились в унифицированной модели активного ядра галактики (АЯГ). Ее основная гипотеза гласит: все активные галактики получают энергию от аккреции на сверхмассивную черную дыру, а наблюдаемые различия вызваны по большей части, но не полностью, их ориентацией в пространстве (илл. 26). На наблюдаемые свойства сильно влияет поглощение света пылевой средой и то, что газ в джетах движется с околосветовой скоростью. Истинные свойства ядра зависят от типа материнской галактики, вращения черной дыры и интенсивности аккреции[150]. Каким бы боком ни поворачивался слон, он остается слоном.

4. Гравитационные двигатели

Открытие активных галактик изменило астрономию. До этого считалось, что Вселенная состоит из звезд и газа, собранных гравитацией в галактики, которые тихо разлетаются все дальше друг от друга по мере расширения Вселенной. Однако, когда выяснилось, что ядерные области некоторых галактик выбрасывают громадную энергию во всем электромагнитном спектре, изменилось наше понимание структуры галактики. Это открытие повлекло за собой и новые вопросы. Как в центре галактики образуется и растет сверхмассивная черная дыра? Есть ли свидетельства того, что сила гравитации может создать такие ослепительные объекты, как квазары?

Первые ответы пришли откуда не ждали – из центра нашей собственной Галактики.

Напомню, что черные дыры – это гравитационные машины. Они преобразуют гравитационную потенциальную энергию в лучистую. Иными словами, черные дыры создают свет из вещества. Ускоряясь в направлении горизонта событий, материя производит высокоэнергетическое электромагнитное излучение. Эффективность этого процесса в десятки раз выше, чем у реакции термоядерного синтеза, снабжающей энергией звезды, в том числе Солнце. Эти астрономические объекты, будучи воплощением темноты, возможно, являются ярчайшими во Вселенной среди объектов сопоставимой массы.

Большая черная дыра по соседству

Зевс был распутником, он сходился как с богинями, так и земными женщинами. Его сын Геракл был рожден от смертной, но отец приложил младенца к груди своей божественной супруги Геры, пока та спала. Проснувшись, Гера пришла в ярость и вырвала сосок изо рта ребенка. Молоко расплескалось по всему небу. Поэтому мы называем неровную полосу света, олицетворяющую нашу звездную систему, Млечным Путем – или «галактикой», что на греческом означает «молоко»[151].

Более 400 лет назад Галилей навел примитивный телескоп на светящуюся дымку Млечного Пути и увидел мириады бледных звезд. Теперь мы знаем, что Млечный Путь выглядит как лоскутное одеяло из-за космической пыли, которая делает свет звезд красным и тусклым. Темные фрагменты не говорят о том, что звезды на этих участках отсутствуют – просто в этих местах они затемнены. Свет, идущий до нас из центра Галактики, с расстояния около 27 000 световых лет, почти полностью перекрыт[152]. К нам пробивается только один из триллиона фотонов. С тем же успехом мы могли бы смотреть на закрытую дверь.