Чудовища доктора Эйнштейна. О чёрных дырах, больших и малых

Этот пик роста – самый веский довод в пользу того, что около 1250 лет назад Землю облучило гамма-всплеском. Углерод-14 радиоактивен и распадается с образованием азота. То, что он вообще существует, объясняется космическими лучами, высокоэнергетическими частицами из космоса, сталкивающимися с азотом в атмосфере. Этот процесс поддерживает постоянный низкий уровень углерода-14, но наблюдающееся в свитках резкое десятикратное увеличение должно иметь дополнительную внешнюю причину. Вторым доказательством служит рост содержания углерода-14 в древесине деревьев Европы и Америки, хотя дату установить сложнее. Третье свидетельство – небольшой скачок радиоактивного бериллия-10 примерно в то же время[221]. Бериллий-10 образуется при попадании высокоэнергетических частиц на открытую поверхность, его концентрация используется для датирования продвижения ледников, лавовых потоков и других геологических событий в каменных породах возрастом до 30 млн лет. Ничто из этого не объясняется вспышкой на Солнце. Для объяснений не подходит и сверхновая, поскольку любая настолько близкая сверхновая была бы видна в дневное время, но записи об этом отсутствуют в средневековых рукописях. Остается только гамма-всплеск[222]. С расстояния около 5000 световых лет он выбросил бы в земную атмосферу 200 мегатонн энергии гамма-излучения. Послесвечение длилось лишь несколько дней, и, хотя его было видно невооруженным глазом, похоже, этого никто не заметил и не потрудился упомянуть в летописях.

Между тем астрономы положили глаз на массивную звезду WR104, что в 8000 световых годах от нас: вероятно, в ближайшие несколько сотен тысяч лет она погибнет в жестоком коллапсе ядра. Мы не можем определить ее ориентацию в пространстве, и остается надеяться, что, когда это случится, один из мощных джетов не будет направлен на нас. Время астрономических событий вычисляется довольно грубо, так что особо уповать на отдаленность события не приходится. Оно может произойти гораздо раньше. Впрочем, пока у нас есть иные веские причины для тревог.

Поиск недостающих звеньев

Мы говорили о двух типах черных дыр. Одни формируются в результате гибели массивной звезды, которая, начав жизнь с массой, составляющей от 8 до 100 солнечных, оставляет после себя темный объект массой от 3 до 50 солнечных. Другие образуются в центре галактики и имеют массу от нескольких миллионов солнечных в неактивных спиральных галактиках – таких как Млечный Путь – до нескольких миллиардов в гигантских эллиптических галактиках наподобие М87. Остается огромный разрыв между массами – 5¹⁰, от нескольких десятков до нескольких миллионов масс Солнца. Существуют ли черные дыры промежуточной массы?

Было обнаружено небольшое количество объектов, укладывающихся в разрыв – ближе к его нижней границе. Вспомним, что Артур Эддингтон рассчитал предел яркости черной дыры. Чем активнее питается черная дыра, тем ярче она светится, но, даже если ей от звезды-компаньона по двойной системе достается огромное количество газа, она имеет предел яркости. Давление излучения аккреционного диска противодействует гравитационному притяжению черной дыры, и в какой-то момент избыточный газ, пытающийся упасть в нее, отбрасывается обратно в окружающее пространство. Это так называемый предел Эддингтона. Тридцать лет назад был открыт редкий класс ультраярких рентгеновских источников (ultra-luminous X-ray source, ULX). Они выбрасывают в миллион раз больше суммарной энергии Солнца в виде рентгеновского излучения и имеют такую яркость, что наблюдаются в галактиках, удаленных на миллионы световых лет. Согласно пределу Эддингтона, эти черные дыры должны быть в сотни или тысячи раз массивнее Солнца, то есть находиться точно посередине разрыва масс[223].

Яркие двойные источники рентгеновского излучения важны по другой причине. Некоторые являются уменьшенными версиями квазаров. Необычная двойная система SS433 находится в 18 000 световых лет, в созвездии Орла. Громадная голубая звезда делает оборот вокруг черной дыры за 13 дней и поставляет газ в окружающий ее аккреционный диск. Часть горячего газа падает в черную дыру, а остальное выбрасывается в парных джетах вдоль оси вращения черной дыры. Газ движется на одной четвертой скорости света, проходя 1,6 км за 20 мкс[224]. SS433 – эталонный микроквазар (илл. 39). Микроквазары имеют все элементы квазара – вращающуюся черную дыру, аккреционный диск, мощное высокоэнергетическое излучение, релятивистские джеты, – но меньше в миллион раз. В Млечном Пути есть только 100 известных нам микроквазаров, но они очень полезны для моделирования и понимания экстремальной астрофизики квазаров[225]. Время потребления топлива квазарами намного превышает человеческую жизнь, тогда как у микроквазаров этот период составляет несколько часов, поэтому их легко наблюдать.