Коллектив авторов - Космос. От Солнца до границ неизвестного

Телескоп горизонта событий может прояснить ситуацию несколько раньше, хотя существуют разные мнения относительно того, легко ли будет увидеть разницу в изображениях черной дыры и бозонной звезды. Согласно расчетам Фредерика Винсента из Парижской обсерватории во Франции, гравитация компактной бозонной звезды будет искривлять свет вокруг себя, создавая пустую область, которую можно принять за тень горизонта событий черной дыры.

Реццолла считает, что такой вывод чрезмерно пессимистичен. Подобно черной дыре, бозонная звезда будет поглощать вещество из своих окрестностей, но прозрачность бозонной звезды означает, что это вещество в ее центре мы сможем увидеть. Кроме того, это вещество может нагреться и начать испускать свет или какую-либо другую форму электромагнитного излучения.

Гипотеза существования черных дыр в какой-то степени стала тормозом на пути развития всеобъемлющей теории природы, потому что черные дыры – это воплощение конфликта между Общей теорией относительности и квантовой механикой. Если бы удалось доказать, что черных дыр не существует, возможно, это стало бы прорывом в теоретической физике.

Очевидно, что темная материя – это не просто вещество-невидимка, состоящее из обычных протонов, нейтронов и электронов, скрытое от нас темной завесой. Если бы Вселенная изначально содержала гораздо больше обычного вещества, то тогда спустя несколько минут после Большого взрыва из тех протонов и нейтронов, которые еще были плотно упакованы, в результате реакций термоядерного синтеза образовалось бы больше гелия, чем то количество, которое мы видим сегодня. Темная материя должна представлять из себя что-то другое.

Обычно предполагают, что темная материя состоит из экзотических частиц, которые слабо взаимодействуют с другими частицами и не ставят препон проходящему свету. Стандартная модель физики элементарных частиц не может предложить ничего подходящего для объяснения этого феномена, поэтому приходится прибегать к разного рода ухищрениям. Уже давно отдают предпочтение частицам WIMP ( Weakly Interacting Massive Particles ) – так называемым слабовзаимодействующим массивным частицам, а также гораздо более легким аксионам.

Темная материя вообще может существовать не в форме частиц, а в виде первичных черных дыр, образовавшихся на ранних этапах жизни Вселенной.

Наша Галактика под названием Млечный Путь – лишь одна из многих миллиардов галактик. Некоторые из них совсем маленькие и содержат всего несколько миллионов звезд. Другие – эллиптические галактики – поражают своими огромными размерами. Столкновения некоторых из них напоминают замедленные па грандиозного космического танца; суету других, которые теснятся в плотных роях скоплений галактик, не удается объяснить без темной материи. И почти каждая содержит сверхмассивную черную дыру.

Наша Местная группа галактик напоминает космический пасторальный пейзаж. Можно сказать, что это деревня во Вселенной. В нашей окрестности в пределах нескольких миллионов световых лет насчитывается всего три спиральных галактики – Млечный Путь, туманность Андромеды и маленькая спиральная галактика Треугольника – плюс десятки карликовых галактик.

Согласно последним исследованиям, галактики Местной группы могли обмениваться друг с другом веществом, которое выдувалось из них галактическими ветрами, возникающими от взрывов сверхновых. Последние модельные оценки говорят о том, что галактический ветер способен перенести из большой галактики примерно 50 % ныне существующего в ней вещества на расстояния до миллиона световых лет. Большие галактики имеют тенденцию отбирать вещество у своих меньших соседей. Так, наша Галактика забирает вещество у соседних Магеллановых Облаков. Наше тело может наполовину состоять из межгалактических атомов, захваченных когда-то Млечным Путем.

Чтобы добраться из нашей космической деревни до ближайшего города, нужно преодолеть 60 миллионов световых лет. Скопление Девы состоит более чем из тысячи галактик. Как и в других крупных скоплениях, галактики в скоплении Девы плещутся в разреженном сверхгорячем газе при температуре около 30 миллионов °C. Среди них есть гигантская эллиптическая галактика M87, в 100 раз превышающая по массе Млечный Путь. Отличие эллиптических от спиральных галактик заключается в том, что в спиральных галактиках есть значительный запас холодного газа, который при конденсации может сформировать яркие новые звезды; в эллиптических же галактиках новые звезды практически не рождаются.

Скопления галактик типа Девы можно рассматривать как самые большие объекты во Вселенной; вопрос, правда, заключается в том, что именно следует понимать под термином «объект». В принципе, мы можем выделить гораздо более крупные структуры, называемые сверхскоплениями и войдами [17] От англ. «void» – пустота. – это просто узоры на небе, медленно растягивающиеся по мере расширения Вселенной. В отличие от них, у скоплений галактик есть вполне определенные и независимые отличительные черты. Они связаны в единое целое гравитационным полем, то есть входящие в них галактики вращаются по орбитам внутри скоплений, и, будучи единым целым, вместе противостоят расширению Вселенной.

В 1933 году Фриц Цвикки исследовал движение галактик в скоплении, находящемся в созвездии Волосы Вероники. Это скопление галактик расположено на расстоянии 300 миллионов световых лет от Земли. Оказалось, что галактики в этом скоплении вращаются слишком быстро – при таких скоростях движения гравитационного поля видимого вещества явно не хватает, чтобы удержать их в скоплении. Цвикки предположил, что существует дополнительное вещество, которое мы по каким-то причинам не замечаем. Через несколько десятков лет эту идею подкрепили наблюдения Веры Рубин, которая заметила, что внешние части спиральных галактик вращаются слишком быстро. Не исключено, что присутствие темной материи в свое время помогло галактикам сформироваться – гравитационное поле темной материи притягивало нужный для этого газ. Разные галактики содержат различные количества темной материи, но в целом общая масса каждой галактики в несколько раз превышает суммарную массу ее звезд. Рекордсменом по содержанию скрытого вещества является галактика Dragonfly 44. Ее масса примерно такая же, как масса Млечного Пути, но она содержит чрезвычайно мало звезд и считается почти полностью (на 99,99 %) состоящей из темной материи. Как возникают такие загадочные «темные» галактики [18] Массивная галактика в скоплении Волос Вероники, название означает «стрекоза». – эту тайну астрономам еще предстоит раскрыть.