Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Это была сверхновая, гигантский звездный взрыв[65]. Он произошел на расстоянии 6 000 световых лет в нашем Млечном Пути. Петроглиф в каньоне Чако, где когда‐то восседал старый индеец пуэбло, – это полумесяц, нарисованный красной краской на желтой скале. Рядом с ним видна большая, почти одного размера с Луной, звезда. Круглая, с исходящими из нее лучиками – словно бы запечатленная ребенком. “Именно так индейские художники того времени изображали сверхновую”, – сказал нам рейнджер из национального парка, хотя астрономы, составлявшие нашу группу, не очень этому поверили. Эксперты до сих пор спорят, изображена ли на рисунке знаменитая сверхновая 1054 года или что‐то другое[66]. Сам‐то я считаю маловероятным, что такое экстраординарное событие могло остаться незамеченным.

Вообразите себе звезду в виде воздушного шара, наполненного горячим воздухом. Из-за того, что воздух нагрет, шар остается надутым, но когда мы перестаем нагревать находящийся внутри него воздух, он остывает, давление падает – и шар сдувается. Звезды заканчивают свою жизнь примерно так же. Как только их топливо сгорает, они погибают. Как и когда они “умрут”, зависит от их массы. Легкие звезды – а их подавляющее большинство – живут долго и под конец жизни истощаются и начинают тлеть.

Продолжительность жизни нашего Солнца можно охарактеризовать как среднюю. Если бы оно начало вдруг коллапсировать, то “на старте” процесса еще могло бы включить свой “форсаж”. В сердце звезды – горячем ядре – скапливается продукт ядерного синтеза – гелий. При высоком собственном давлении взрывающейся звезды температура в какой‐то момент снова начнет расти, гелий превратится в углерод – и при этом высвободятся последние запасы энергии. В результате внешняя оболочка распухнет. Незадолго до своей гибели Солнце раздуется, превратится в красного гиганта и поглотит Меркурий, Венеру и, возможно, даже Землю.

Звезды с массой больше массы нашего Солнца в последние моменты своей жизни выбрасывают в космос газ и плазму. В результате этого образуются принимающие удивительные формы планетарные туманности, которые при освещении их изнутри светом умирающих звезд окрашиваются в невероятные цвета. Это зрелище длится всего “одно мгновение космического ока”: в течение нескольких тысяч лет планетарные туманности исчезают. Такое их название может ввести в заблуждение, поскольку эти объекты не имеют с планетами ничего общего, но в XVIII веке, когда их обнаружили с помощью телескопов того времени, они выглядели, как далекие планеты, состоящие из газа.

В центре умирающих звезд скапливается спрессованный продукт ядерного синтеза, на который давит весь вес сгоревшей звезды. Это давление становится настолько большим, что атомы все сильнее прижимаются друг к другу – до тех пор, пока между ними не останется пустого места и они не выстроятся, так сказать, “плечом к плечу”. Давление электронов этих атомов будет препятствовать дальнейшему коллапсу звезды, поскольку электроны, которые вращаются вокруг отдельных атомных ядер, являются фермионами. Фермионы – физические “одиночки”: фермион не может “делить ложе” ни с одним другим фермионом. Когда ядро звезды слишком сожмется, давление фермионов станет противодействовать давлению гравитации и тем самым предотвратит полный коллапс выгоревшего ядра.

Если внешние оболочки звезды уже сброшены, то все, что остается от звезды, – это маленькое, плотно упакованное, ярко светящееся ядро из углерода: белый карлик размером с Землю, но тяжелый, как Солнце. Чайная ложка вещества, из которого состоит белый карлик (в каковой через несколько миллиардов лет превратится и наше Солнце), весит около девяти тонн – примерно как самосвал. Поверхность карлика остается очень горячей и продолжает излучать тепловую энергию в космос в течение очень долгого времени, но в конце концов мертвая звезда превратится в холодный кристалл углерода идеальной сферической формы – гигантский космический алмаз.

В этом процессе играют роль различные квантово-механические эффекты, рассчитанные индийским физиком Субрахманьяном Чандрасекаром, который в 1930 году, в возрасте всего девятнадцати лет, отправился на корабле в Англию, чтобы продолжить в Кембридже начатое в Индии изучение физики. В пути у него было много свободного времени, и он рассчитал максимальную массу, которой может достичь белый карлик, получив для нее значение, равное 1,44 массы Солнца.