Знание-сила, 1999 № 07-08

Аккреционный диск в двойной системе Наше Солнце существует в гордом одиночестве, но большинство звезд предпочитает компанию. Однако такое существование «в паре» небезопасно: более тяжелый партнер начинает притягивать к себе вещество своего соседа. Именно этот процесс и показан на рисунке. Газовая оболочка большой голубой звезды постепенно перетекает в аккреционный диск, быстро вращающийся вокруг своего маленького, но очень плотного компаньона. Огромные гравитационные силы притяжения разгоняют вещество до колоссальных энергий, и оно излучает при этом рентгеновские лучи.

Квазары были открыты в 1963 году, и сразу стало ясно, что их яркость меняется со временем. У небольшого их числа период изменения достаточно короток – месяцы или даже часы. Большинство астрономов сходятся на том, что такие короткопериодические флуктуации связаны с падением звезды на черную дыру, когда за короткое время выделяется невообразимое количество энергии. Но есть квазары, меняющие свою яркость с периодом пять – десять лет. «За тридцать лет наблюдения мы собрали колоссальное количество данных о них, но, к сожалению, мы все еще не понимаем до конца, что они собой представляют», – говорит Богдан Пачинский из Принстона.

Совсем недавно Майкл Хоукинс из Королевской обсерватории в Эдинбурге выдвинул гипотезу, что эти колебания вызываются черными дырами. И если раньше думали, что масса черных дыр во много раз превышает массу Солнца, то по идее Хоукинса – есть и совсем крошечные «дырочки», не больше метра в диаметре. Они родились в первые мгновения после Большого взрыва, и самая ближайшая такая крошка может быть не так уж далеко от нас.

Хоукинс заинтересовался квазарами достаточно случайно. В 1975 году он изучал небольшой участок неба в четыре-пять градусов на трех диапазонах длин волн. Целью было систематическое изучение переменных звезд. Уже к 1980 году Хоукинс понял, что звезды – совсем не единственные переменные объекты, причем есть вариации с очень долгими периодами. «Я обнаружил там четкие эмиссионные линии – безошибочное свидетельство того, что это квазары», – рассказывает он. Заинтересовавшись, Хоукинс оперативно поменял свои планы и стал наблюдать за квазарами. Через несколько лет ему удалось изучить почти все из полутора тысяч известных квазаров на «его» участке неба.

Квазары – это самые яркие объекты во Вселенной. Они ярче сотен галактик, но энергию излучают из небольшой области размером в нашу Солнечную систему. Хоукинс обнаружил, что каждый найденный им квазар меняет яркость за несколько лет по синусоидальному закону. Величина изменений – от тридцати до ста процентов. Но главная странность заключается в том, что эти изменения вызваны не процессами в самом квазаре, а их претерпевает свет на пути к земному наблюдателю. Это доказывается тем, что изменения в самих квазарах были бы более долгими для удаленных объектов, поскольку Вселенная расширяется, вызывая замедление времени для удаленных частей. Хоукинс не нашел такой зависимости.

Второй намек на то, что все происходит по дороге к Земле, Хоукинс нашел при анализе цвета квазаров. Обычно снижение яркости всегда сопровождается сменой цвета: чем жарче и ярче, тем синее. Но этого опять не наблюдается!

Хоукинс предположил, что причиной колебаний может стать небольшой массивный объект, действующий как гравитационная линза на пути лучей. Идея линзы объясняет и то, что цвет не меняется, и то, что нет зависимости от расстояния. Если линза близко от Земли, то она будет достаточно быстро проходить перед квазаром и период колебаний будет невелик. Проанализировав расстояние до переменных квазаров и периоды колебаний, Хоукинс пришел к выводу, что массы линз могут быть сравнимы с массами крупных планет.

Гипотеза Хоуки нса повергла все астрономическое сообщество в сом* нения и глубокую задумчивость: если практически на каждый квазар находится объект-линза, то Вселенная просто должна быть наводнена ими. Эти невидимки могут составлять большую часть ее массы! Оценки говорят, что масса всех подобных линз может в несколько сот раз превышать массу видимой части Вселенной.

Если гипотеза подтвердится, то это будет истинной революцией в астрономии и космологии. Все эти черные «дырочки» с лихвой обеспечивают Вселенную массой, необходимой для остановки ее расширения и начала сжатия. Таким образом, они решают одну из наиболее острых проблем последних лет – темного вещества, или скрытой массы. Суть ее в том, что большую часть массы Вселенной составляет темное несветяшееся вещество, которое проявляется только по гравитационному воздействию. «Большинство темного вещества содержится в таких объектах с массой около массы Юпитера. Ближайший к нам такой объект может быть всего в тридцати световых годах от Земли», полагает Хоукинс.

Но на что же они могут быть похожи? Темное вещество не может быть обычным веществом из протонов и нейтронов, поскольку вся такая материя уже собрана в звездах, газовых облаках и галактиках, и астрономы видят ее. Количество такой материи просчитывается по относительному количеству легких элементов во Вселенной.

Если это не обычное вещество, то что же это такое?.. Хоукинс считает, что есть единственное реалистическое объяснение: черные дыры, образованные на заре рождения Вселенной. Идея звучит достаточно неожиданно, поскольку термин «черные дыры» был традиционно связан с гравитационным коллапсом тяжелых звезд. Для массы Юпитера этот процесс невозможен.

Однако в первые моменты после Большого взрыва были созданы такие условия, что даже небольшая масса могла сжаться в черную «дырочку». Еше в 1980 году Дэвид Шрамм и Матт Кроуфорд из Чикагского университета оценили, что такие адские условия могли возникнуть через несколько миллионных долей секунды после взрыва. В это время Вселенная представляла собой горячий «суп» из свободных кварков. Мгновением позже сильное взаимодействие стало собирать кварки в протоны и нейтроны. При таком переходе плотность некоторых участков первичного «супа» может стать гигантской, вполне достаточной для спонтанного возникновения черных дыр. Расчеты подтверждают эти предположения.

Вначале революционная идея Хоукинса вызывала сильные протесты. Мартин Ривс из Кембриджа указывал на то, что вероятность наткнуться на подобную линзу у самых близких квазаров очень мала, а у них тоже есть колебания яркости. Хоукинс соглашается с возражениями, но у таких квазаров колебания очень коротенькие, и они могут быть вызваны процессами в самом квазаре.