Филип Плейт - Смерть с небес. Наука о конце света

Если бы вы захотели запустить ракету на Луну с этого нового сжавшегося шарика, вам пришлось бы сделать ее гораздо более мощной, иначе она не смогла бы преодолеть притяжение Земли. Если бы вы сжали Землю еще больше, ракете понадобилась бы еще большая мощность и так далее. В конце концов Земля бы сжалась настолько, что ее силы тяготения было бы невозможно преодолеть.

Вероятно, вы думаете, что просто нужно увеличить тягу ракеты, но, когда материя становится настолько плотной, нужно дать слово Эйнштейну. Он сформулировал постулат, согласно которому силы тяготения — это всего лишь проявление искривленного пространства. То, что вами ощущается как сила, направленная вниз, к центру Земли, это на самом деле прогиб пространства аналогично тому, как прогнулся бы матрас, если бы вы плюхнули на него шар для боулинга. Запустите стеклянный шарик катиться по кровати, и кровать под ним будет прогибаться так же, как изгибается путь астероида из-за притяжения Земли, когда он пролетает мимо нее.

Это не просто модель, не просто предположение. Последствия этого вполне реальны: если слишком много массы набито в слишком малый объем, пространство может так сильно изогнуться, что превратится буквально в бездонную яму. Вы можете туда упасть, но никогда не сможете из нее выбраться.

Объект, подобный этому, — как дыра в пространстве. Ничто не может выбраться из нее, даже свет. Так как дыра не может излучать свет, она будет черной. Как бы вы назвали такой объект?

Именно это происходит в ядре взрывающейся звезды. Если ядро слишком массивное и стабильная нейтронная звезда образоваться не может, оно коллапсирует. Прямиком к центру. Ядро сжимается в математическую точку, пространство изгибается до точки разрыва непрерывности, и рождается черная дыра.

У дыры мощнейшее притяжение. Любая материя, находящаяся поблизости, будет безжалостно затягиваться в нее. Но есть одна загвоздка. Звезды вращаются, соответственно, вращаются и их ядра. При коллапсе ядра и формировании черной дыры это вращение ускоряется, так же как фигуристка может ускорить свое вращение, прижав руки к телу. Вновь образовавшаяся черная дыра будет вращаться очень быстро, и любая материя, падающая в нее, будет так же вращаться вокруг нее, как вода, утекающая в слив. Чем ближе материя подходит к черной дыре, тем быстрее будет кружиться вокруг нее.

Поэтому материя, падающая в черную дыру, не падает в нее прямиком — плюх! — и исчезает, а спускается по спирали . Материя, находящаяся непосредственно у черной дыры, начинает скапливаться и образует уплощенный диск, называемый аккреционным диском (аккреция — это процесс накопления материи). Такое будет происходить при коллапсе любой вращающейся звезды, но модели показали, что прародители гамма-всплесков могут вращаться даже быстрее, чем обычно. Такие быстро вращающиеся объекты образуют аккреционный диск гораздо легче, чем медленнее вращающаяся звезда. А как только диск сформировался, жуткие силы тяготения черной дыры разгонят внутреннюю часть диска практически до скорости света, и даже материя, находящаяся ближе к периферии диска, все равно будет двигаться невероятно быстро.

В процессе образования черной дыры увеличиваются не только скорость вращения и сила тяготения. Звезды также обладают магнитными полями, как огромные магнитные бруски (см. главу 2). При сжатии звезды растут как сила тяготения, так и сила магнитного поля. Магнитное поле обычной звезды может быть не сильнее магнитного поля Земли: оно сможет сдвинуть стрелку компаса, но и только. Но, если вы возьмете звезду с диаметром несколько миллионов километров и сожмете ее в шарик диаметром всего несколько километров, ее магнитное поле также невероятно увеличится, становясь в миллион и даже триллион раз сильнее.

Следовательно, на любую материю, стремящуюся упасть в черную дыру, действует колдовское варево из сил. Сила тяготения пытается притянуть материю, но этому противодействует вращательный момент последней, поэтому образуется диск. При движении материи в диске магнитные поля также перекручиваются, как торнадо. И вдобавок ко всему существует старое доброе тепло, создающееся, как ни странно, чем-то знакомым среди всех этих экзотических сил: силой трения. Частицы материи в диске, бешено крутящемся под действием силы тяготения черной дыры, сталкиваются на невероятно высоких скоростях, генерируя колоссальное трение. От этого диск разогревается до миллионов градусов.

Сильное тепло стремится отвести частицы от черной дыры. Если частица пытается сместиться к внешней кромке плоскости диска, она наталкивается на другие частицы и не может сбежать. Но, если она поднимается наверх , наружу, ее больше ничто не удерживает — в том направлении находится меньше вещества. Более того, чудовищно усиленные магнитные поля также могут разгонять частицы, выбрасывая их вверх и наружу. Вместе взятые тепло и магнитные поля фокусируют пару узких пучков, как два ультра-мега-суперфонаря, склеенные друг с другом в основаниях. Эти сдвоенные пучки выстреливают вверх и вниз от черной дыры, наружу, в направлениях перпендикулярных диску.

Дальше происходит сущий ад, картина без преувеличения апокалиптическая. Через некоторое время после рождения черной дыры, когда вокруг нее образуется диск, вся та энергия — в миллиард миллиардов раз больше энергии, излучаемой Солнцем, — фокусируется в два пучка ничем не сдерживаемой мощи. В этих узких пучках сконцентрирована такая колоссальная энергия, что они вырываются из звезды в противоположных направлениях, прогрызая ее на скорости света. Через несколько секунд пучки уже достигли поверхности и вырвались на свободу. Любую материю на их пути разрывает на части, она разогревается до миллиардов градусов, распадается на составляющие субатомные частицы и разгоняется практически до скорости света. Как ни странно, но, когда пучки пробивают поверхность звезды, в каждом, вероятно, содержится материи всего на несколько сотен масс Земли — в человеческих масштабах это огромное количество, а в космических крошечное. Но это также ключевой фактор их мощности: так как общее количество материи в пучках относительно мало, она может разгоняться до невероятных скоростей.

Обреченная звезда по-прежнему окружена облаками газа, эхом извержений, происходивших до финального взрыва. Пучки из энергии и материи врезаются в них, создавая гигантские ударные волны, звуковые удары в газе, но умопомрачительных масштабов.

Ударные волны создаются и в самой струе, так как одни ее части движутся быстрее других. Когда они сталкиваются, от колоссальной энергии струи материя в ней бешено перемешивается, и возникает невообразимая турбулентность, от которой, в свою очередь, существенно увеличивается излучаемая энергия. Материя, атакуемая магнитными полями и мощнейшей энергией пучков, воспламеняется, в результате чего возникают гамма-лучи, множество лучей.