Империя звезд, или Белые карлики и черные дыры

Открытие Хаббла стало первым доказательством расширения Вселенной. Оно легло в основу теории Большого взрыва, которую астрофизики предложили в конце 1960-х годов. Согласно этой теории, около 13 миллиардов лет назад произошел взрыв крошечного, сверхплотного, сверхгорячего сгустка материи, и с тех пор он расширяется как воздушный шар. При расширении Вселенной разные галактики, подобно пятнам на поверхности шарика, отдаляются друг от друга. Другими словами, красное смещение связано не с относительным движением галактик и Земли, а с расширением самой Вселенной. Ученые назвали его «космологическим красным смещением»[78]. Коротковолновое излучение — гамма-лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовое излучение и часть инфракрасного излучения — поглощаются атмосферой, так что астрономы стараются наблюдать их с помощью телескопов на орбитальных спутниках.

Радиоволны относятся к низкочастотной, длинноволновой области спектра. Они свободно проходят через атмосферу, поэтому астрономы могут изучать их с поверхности Земли. Радиоастрономия появилась почти случайно, в 1932 году, когда Карл Янски из «Bell Telephone Laboratory» пытался определить природу шумов при переговорах по трансатлантическому кабелю. Оказалось, что их вызывали радиоволны, идущие из центральной части Млечного Пути, причем они оказались гораздо сильнее тех, что шли от Солнца. Первоначально радиоастрономы использовали вогнутую тарелку, которая фокусировала радиоволны в антенну-приемник. Но после изобретения радаров, сыгравших большую роль во Второй мировой войне, радиоастрономы вооружились значительно более совершенной аппаратурой. Благодаря радиоастрономии было сделано одно из самых революционных открытий в астрофизике. Заряженные частицы при ускорении испускают излучение. Электроны, вращаясь с высокой скоростью в магнитном поле галактик, излучают длинные электромагнитные волны, то есть радиоволны. Таким образом, каждая галактика излучает радиоволны. Однако некоторые галактики являются более мощными источниками излучений, чем другие, причем они излучают радио-и световые волны одинаковой интенсивности. Это весьма необычное явление, поскольку большинство галактик в основном испускают свет. Радиоволны, приходящие из некоторых далеких галактик, в миллиарды раз интенсивнее радиоволн, идущих к нам из Млечного Пути. В конце 1940-х годов астрономы обнаружили три гораздо более мощных источника радиоволн, чем все известные ранее. Это излучение приходит из определенных созвездий. Сами источники казались полной загадкой, и никто не имел ни малейшего представления, что же это такое[79].

Вальтер Бааде (бывший сотрудник Цвикки) и 56-летний астрофизик Рудольф Минковский решили попробовать найти оптические аналоги этих таинственных источников[80]. В 1954 году, используя крупнейший в мире оптический телескоп в Паломарской обсерватории, они обнаружили объект, который никак не мог быть звездой. Он находился примерно в центре одного из мощных источников радиоволн из созвездия Лебедя, за пределами нашей галактики. Они назвали его Лебедь А. Его красное смещение указывало на то, что он удаляется от нас со скоростью 16000 километров в секунду — примерно 5 процентов от скорости света. Согласно закону Хаббла, источник оказался поразительно далеким — его разделяет с нами 7300 миллионов триллионов километров. Сириус, самая яркая звезда, которую можно увидеть невооруженным глазом в ночном небе, находится на расстоянии 83 триллиона километров, а Солнце — на расстоянии лишь 150 миллионов километров. Лебедь А — самый мощный источник радиоволн в небе Северного полушария.

Изучая фотопластинки, Бааде и Минковский предположили, что источником этого шквала радиоволн могут быть две сталкивающиеся галактики. Но чтобы поддержать выход радиоизлучения такой мощности, галактики должны сталкиваться постоянно, что делало идею Бааде и Минковского сомнительной[81]. Примерно в то же время английские астрономы с помощью радиотелескопов в Джодрелл-Бэнк заметили, что это радиоизлучение приходит из двух удаленных друг от друга «лепестков», — оказалось, Лебедь А состоит из компактного ядра с очень высокой мощностью излучения и двух мощных источников радиоизлучения с обеих сторон этого ядра.

К 1963 году астрономы исследовали два других странных объекта. Они числились в каталоге как 3С 48 и 3С 273[82]. С помощью оптических телескопов астрономы обнаружили у этих объектов оптические двойники — как и у Лебедя А. Но они оказались еще более загадочными — некоторые линии в их спектрах выглядели очень странно. Они явно не могли принадлежать ни одному из знакомых ученым элементов.