Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Европейская астрономия получила мощный импульс развития в конце войны, когда в обсерватории Британии, Нидерландов, Франции, Швеции и Чехословакии вывезли 7,5-метровые антенны немецких радиолокационных станций. Это счастливая история о превращении оружия в инструмент научного познания.

В 1946 г. Стэнли Хей и его коллеги с помощью модифицированной антенны противовоздушного радара доказали, что Лебедь А ежеминутно меняет интенсивность. Поскольку за столь малый промежуток времени свет может пройти строго определенное расстояние, любая временная шкала изменений задает размерную шкалу источника излучения. Быстрые изменения можно заметить только тогда, когда источник очень мал. В данном случае было установлено, что объект действительно невелик – размером со звезду. Мартин Райл предположил, что Лебедь А может быть звездой нового типа, яркой в радиодиапазоне, но невидимой в оптическом, – «радиозвездой». Это всех озадачило [113]. Такие звезды, как Солнце, слабо излучают радиоволны, как же звезда может быть настолько ярким радиоисточником? Как сказал радиоастроном Дж. Г. Дэвис: «Оказалось, есть оптическая вселенная и радиовселенная, совершенно не похожие друг на друга и в то же время сосуществующие. Было очевидно, что их нужно как-то связать воедино» [114].

Но на пути у радиоастрономии встало угловое разрешение: наименьший угол, различаемый каким-либо телескопом. Чем лучше угловое разрешение, тем меньше этот угол. Если расстояние между источниками света меньше углового разрешения телескопа, они сливаются. Угловое разрешение влияет и на глубину видения: если источники накладываются друг на друга, невозможно определить, какой из них ближе, а какой дальше. Представьте себе близорукого человека в комнате, полной людей. Он сможет рассмотреть ближайшие к нему лица, но все остальное безнадежно сольется. Будет сложно даже пересчитать всех присутствующих. Стоит надеть очки, и все оказывается в фокусе.

Для получения более четкого изображения нужны или более короткие волны, или больший телескоп [115]. Угловое разрешение прямо пропорционально длине волны, на которой ведется наблюдение, и обратно пропорционально размеру телескопа. Радиоволны в миллионы раз длиннее световых волн, поэтому радиоастрономия оказывается в невыгодном положении по сравнению с оптической астрономией – где недостатки можно компенсировать, среди прочего постройкой больших телескопов. Диаметр тарелки Гроута Ребера был почти 10 м – больше любого оптического телескопа того времени. Самые четкие изображения имели поперечный размер 15 градусов – это ширина кулака на расстоянии вытянутой руки. На столь обширном небесном участке много оптических объектов, поэтому Ребер не смог установить источник радиоволн. Переходом на более высокие частоты, что означает более короткие волны – 20 см, а не 2 м, можно увеличить резкость в десять раз. Для сравнения: волны видимого света в 2 млн раз короче двухметровых волн, которые наблюдал Ребер. Оптический телескоп того же диаметра, что у Ребера, давал бы в 3 млн раз более четкую картинку [116]. Чтобы добиться той же резкости, что и у метрового оптического телескопа, нужен радиотелескоп величиной с Соединенные Штаты!

Эту проблему решило изобретение, сделанное в интерферометрии. В интерферометре приходящие волны от двух (или более) радиотелескопов объединяются с информацией о фазах волн – а именно с точным временем регистрации гребней и ложбин. Тогда угловое разрешение определяется не величиной одного телескопа, а расстоянием между ними: две десятиметровые тарелки, разнесенные на 1 км, имеют угловое разрешение в 100 раз выше, чем каждая из них в отдельности [117]. Этот метод также называется апертурным синтезом, поскольку «синтезирует» телескоп с разрешающей способностью существенно большего телескопа. В 1950 г. Грэм Смит из Кавендишской лаборатории Кембриджского университета с помощью использованных не по назначению немецких антенн измерил положение яркого радиоисточника Лебедь А с точностью до угловой минуты, или одной тридцатой доли диаметра Луны, что было невероятным прорывом (илл. 20).

Точно измеренное положение Лебедя А заинтересовало Вальтера Бааде, астронома из Калтеха. Через две недели после получения данных от Смита Бааде оказался в помещении для наблюдателя пятиметрового телескопа на горе Паломар – самого мощного оптического телескопа в мире. Во время войны астроному немецкого происхождения не позволили вступить в действующую армию, поэтому он, как и Карл Сейферт, воспользовался светомаскировкой Лос-Анджелеса, чтобы сделать фотографии ночного неба беспрецедентной глубины. В одном из последних интервью журналист живо описал ученого: «Когда он рассказал, что увидел и открыл в ходе тщательного изучения тысяч фотопластинок, за цифрами, изображениями и астрономическим трепом стал проступать невероятный масштаб космоса, мира галактик и межгалактического пространства. Этот человек в сером костюме с синим галстуком и в коричневых ботинках огромного размера был совершенно поглощен своими исследованиями. Энергично жестикулирующий, беспрерывно курящий, с тщательно расчесанными на пробор редкими седыми волосами, белыми кустистыми бровями и выдающимся ястребиным носом, Бааде относился к тайнам Вселенной как к крупнейшим детективным расследованиям и сам являлся одним из главных сыщиков» [118].

Когда Бааде направил пятиметровый телескоп – называемый «большой глаз» – на Лебедь А, полученные фотопластинки привели его в изумление: «Уже просматривая негативы, я понял, что столкнулся с чем-то необычным. По всей пластинке были разбросаны галактики – больше двухсот, и самая яркая – в центре. С признаками приливных деформаций, гравитационного притяжения между двумя ядрами; я еще не видел ничего подобного. Я мог думать только об этом: я ехал домой ужинать, но решил остановить машину и поразмыслить» [119]. Вместе радиоастрономия и оптическая астрономия смогли ответить на важный вопрос: Лебедь А оказался дальней деформированной галактикой. Ее спектральные линии были смещены в красную область на 5,6 %, и это говорило о том, что она удаляется от нас со скоростью 15 600 км/с. В модели расширяющейся Вселенной, где красное смещение является показателем расстояния, это означает, что до нее – 750 млн световых лет. Радиоволны, которые мы сейчас видим, рождались в тот момент, когда обитатели Земли были размером с булавочную головку.

Бааде размышлял об энергии, которая, возможно, выделялась в результате космических «крушений», и предположил, что сверхъяркий Лебедь А состоит из двух столкнувшихся галактик. Рудольф Минковский, коллега Бааде в Калтехе, оспорил его теорию, и Бааде предложил поспорить на $1000. (Физики-теоретики, изучающие черные дыры, очевидно, не единственные азартные ученые.) В те времена это была месячная зарплата. Минковский отказался, и Бааде понизил ставку до бутылки виски, которую Минковский проиграл, получив спектр с эмиссионными линиями очень горячего газа у центра Лебедя А. При столкновении двух галактик содержащийся в них газ нагревается. (Бааде впоследствии жаловался, что Минковский расплатился плоской бутылкой виски вместо полноразмерной, да и ту выпил сам во время следующего визита.) Впрочем, в дальнейшем после точных расчетов некоторые теоретики пришли к выводу, что столкновение галактик не объясняет яркости радиосвечения. Главный вопрос – как вообще Лебедь А может излучать в радиодиапазоне в 19 млн раз больше энергии, чем Млечный Путь, – остался без ответа.