Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Жизнь первых звезд была короткой. Они исчерпывали ядерное топливо за несколько миллионов лет. При компьютерном моделировании самые массивные звезды взрываются, становясь сверхновыми, не оставляя ничего после себя, или сразу коллапсируют в черную дыру от 20 до 100 солнечных масс. Как и первые звезды, оставшиеся после них черные дыры массивнее черных дыр, обнаруживаемых нами поблизости, в Млечном Пути.

Все, что вы сейчас читаете, основывается на теории и компьютерном моделировании. Что можно сказать об экспериментальном поиске первого света? Есть два подхода, и оба подобны поиску иголки в стоге сена, поскольку первые звезды – немногочисленны, а Вселенная неустанно создавала звезды в течение 14 млрд лет. Первый подход заключается в поиске в Млечном Пути звезд, состоящих только из водорода и гелия, что означало бы, что они образовались из газа, не «загрязненного» никакими предшествующими поколениями звезд. В 2012 г. группа ученых Европейской южной обсерватории обследовала тусклую звезду в рамках Слоуновского цифрового небесного обзора и обнаружила, что содержание в ней тяжелых элементов в 200 000 раз меньше, чем в Солнце[209]. При возрасте 13 млрд лет – это лучший кандидат в первичные звезды[210].

Второй подход заключается в поиске звезд без тяжелых элементов в далеких галактиках. В 2015 г. другая европейская группа увидела древние звезды в галактике с красным смещением z = 6,6, означающим, что свет датируется менее чем миллиардом лет после Большого взрыва. Ее руководитель Давид Собрал из Лиссабонского университета назвал галактику CR7 – в соответствии с сокращением от «космическое красное смещение 7»[211], а также в честь своего любимого футболиста Криштиану Роналду. Собрал сказал: «Ничего более потрясающего нельзя себе представить. Это первое прямое свидетельство о звездах, которые в конечном счете сделали возможным наше существование, синтезировав тяжелые элементы и изменив химический состав Вселенной».

Рождение черной дыры в звездном катаклизме

В июле 1967 г. два американских спутника Vela зарегистрировали импульсы гамма-излучения. Созданные во времена холодной войны, эти спутники должны были фиксировать факты нарушений Советским Союзом Договора о запрещении испытаний ядерного оружия 1967 г.[212] Общественность не знала, что в то время правительство США находилось в состоянии повышенной готовности к войне.

К счастью, команда ученых из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе доказала, что вспышки гамма-лучей не характерны для испытаний ядерного оружия, и сделала вывод, что их источники находятся далеко за пределами Солнечной системы. В 1973 г. с этого открытия был снят гриф секретности и опубликована посвященная ему научная статья[213]. Однако тайна все больше окутывалась мраком. Где-нибудь в небе ежедневно происходил гамма-всплеск. На краткий миг эти источники в гамма-диапазоне становились ярче всей остальной Вселенной, но быстро гасли – излучение длилось примерно от нескольких миллисекунд до 30 секунд. Оценки местоположений вспышек гамма-спутниками были слишком грубыми, делая невозможным дальнейшее отслеживание, а источники проявлялись случайно, что не давало никакого намека на их происхождение.

Прорыв произошел в конце 1990-х гг., когда для сбора данных на орбите начали использовать быстродействующий рентгеновский телескоп. Он мог быстро разворачиваться и успевал зарегистрировать низкоэнергетическое рентгеновское излучение гамма-всплеска, а точное определение положения событий по рентгеновскому излучению позволяло оптическим астрономам ловить затухающее послесвечение. Спектроскопия показала, что объекты-источники вспышек находятся в далеких галактиках в миллиардах световых лет от Земли. Судя по большому расстоянию, вспышки должны быть феноменально яркими. В 2008 г. одну из них можно было наблюдать невооруженным глазом в течение 30 секунд, хотя событие произошло через пол-Вселенной от нас. Свет, вспыхнувший на краткий миг в 2008 г., излучился за 3 млрд лет до формирования Земли[214]. Другая вспышка, наблюдавшаяся в 2009 г., случилась в галактике с красным смещением z = 8,2, то есть на момент события возраст Вселенной составлял лишь 4 % нынешнего[215]. При самых мощных вспышках выделяется энергия порядка 10⁴⁴ Дж. Такой объем энергии Солнце выделит за всю свою жизнь, но он излучается за секунду, а не в течение десяти с лишним миллиардов лет!