Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Астрофизики не сразу приняли идею сверхмассивных черных дыр. Напомню, что в 1964 г. был предложен термин «черная дыра» и впервые зарегистрирован Лебедь Х-1. Мысль о черных дырах звездной массы все еще казалась инновационной – и тут теоретики заводят речь о черных дырах в миллиарды раз более массивных! Похоже на дикую выдумку. Можете себе представить увеличение в миллиард раз? Это разница между одной крупинкой песка и полной песочницей, между бродягой, который может позволить себе бургер, и самым богатым человеком в мире, между массой ваших ближайших родственников и массой горы Эверест. Даже видавших виды астрофизиков шокировала мысль о черных дырах весом с небольшую галактику.

Предположение о гигантской энергоемкости квазаров основывается на факте их исключительной отдаленности от Земли, следовательно, чтобы быть настолько яркими, квазары должны обладать очень высокой светимостью. Светимость – это абсолютная яркость, или показатель того, сколько фотонов в секунду излучает источник света. Если бы квазары не были удалены от нас на расстояния, о которых свидетельствует их красное смещение, то требования к их энергоемкости были бы менее жесткими. Вот как это работает. Стоваттная лампочка на расстоянии 100 м кажется тусклой, но если до лампочки 100 км, то она должна быть в миллион раз ярче, чтобы мы не увидели разницы в яркости, – то есть 100-мегаваттной. Квазары тусклые, но они удалены от нас на миллиарды световых лет и потому должны быть фантастически яркими.

Это заставило небольшую, но авторитетную группу астрономов, в том числе нескольких выдающихся ученых, подвергнуть сомнению космологическую природу красного смещения квазаров [136]. Космологическое красное смещение в модели расширяющейся Вселенной преобразуется в расстояние. Астрономы указали на места, где наблюдались квазары вблизи галактик со значительно меньшим красным смещением; их было больше, чем можно было бы объяснить случайностью. Ученые обратили внимание на преобладание специфических красных смещений, необъяснимых при космологической интерпретации. Большинству астрономов статистические выкладки показались неубедительными, но отмахнуться от аргументов, опирающихся на физический показатель плотности энергии, оказалось сложнее. Физики утверждали, что квазары должны «захлебнуться» собственным излучением и погаснуть, не успев ярко засветиться. Квазары с очень быстро меняющимся радиосигналом настолько компактны, что релятивистские электроны, излучив фотоны радиодиапазона, должны были бы сталкиваться с этими же фотонами и разгонять их до частот оптического, затем рентгеновского и гамма-излучения. В результате радиоисточник исчез бы, превратившись в гамма-источник. В середине 1960-х гг. ученые многократно и весьма бурно обсуждали эту тему на конференциях, не приходя к консенсусу. Для решения задачи потребовались новые, более совершенные радиообсерватории.

Несложно понять, почему радиоастрономы были несколько раздосадованы. Они первыми нашли свидетельство наличия огромной энергии в ядрах галактик и точно определили их местоположение, что позволило открыть квазары. Однако понять природу квазаров невозможно без измерения красного смещения, что делается в оптическом диапазоне, к тому же в основном квазары, как оказалось, генерируют довольно слабое радиоизлучение. Создалось впечатление, что теперь действие переместится в область оптической астрономии.

Однако у радиоастрономов нашелся еще один козырь. На этапе обнаружения квазаров они пользовались «тарелками», разнесенными на сотни метров, благодаря чему погрешность позиционирования не превышала одной угловой минуты. Когда же в интерферометрах они увеличили расстояние между антеннами до километра и перешли на самые короткие волны, погрешность свелась к угловой секунде, что практически соответствует точности оптического позиционирования. Радиоастрономия стала строить такие же точные карты радионеба, как и оптическая астрономия. Детально изученные, радиоисточники оказались удивительно разнообразными. Обнаружились радиогалактики, оптический компаньон которых, очевидно, тоже был галактикой, и квазары, оптический компаньон которых был похож на звезду. Чаще других наблюдались источники с огромными лепестками радиоизлучения, охватывающими эллиптическую галактику с радиоисточником в ядре, причем в некоторых случаях эти лепестки простирались в межгалактическое пространство на несколько миллионов световых лет [137]. Многие галактики имеют необычную или возмущенную форму. Создается впечатление, что из центра галактики выбрасываются пучки частиц высоких энергий, поддерживая радиосвечение парных лепестков. Красивым примером является Лебедь А [138].

Мы обнаруживали галактики с таинственными и необычными свойствами. Одни имеют мощное радиоизлучение, другие интенсивно излучают в рентгеновском диапазоне, третьи отличаются сильным оптическим излучением, а вблизи центра наблюдается быстро движущийся газ. Ни одно из этих проявлений не характерно для галактики, являющейся лишь большим скоплением звезд. Астрономы обозначают галактики с особенно интенсивными энергетическими процессами в ядре общим термином «активная галактика».

Поскольку я занимаюсь оптической астрономией, то, как правило, предпочитаю видимые данные, но для изучения активных галактик я воспользовался «Очень большой решеткой» (VLA) в Нью-Мексико: я работал в той же аппаратной, где во время съемок фильма «Контакт» Джоди Фостер получила послание от инопланетян. VLA представляет собой комплекс из 27 тарелок (каждая диаметром 25 м), которые можно конфигурировать в форме буквы Y, размещенной на плоскости в 40 км. Тарелки перемещают по железнодорожным путям, увеличивая и уменьшая расстояние между ними. Пока местные радиоастрономы охотно помогали мне с обработкой данных, я заметил, что им нравится сохранять ауру таинственности вокруг своей работы. Я был не более чем почетным гостем в их племени.

Радиоастрономы уделяли особое внимание источникам, неразличимым для существующих интерферометров. Изменчивость источников свидетельствовала об их размерах – ненамного больше нашей Солнечной системы. В 1960-х гг. ученые задумали создать радиотелескоп размером с Землю. Нужно было найти другой способ сопоставления сигналов разных телескопов, поскольку для трансконтинентальной передачи не годились кабели и линии СВЧ-связи. Радиоастрономы решили записывать сигнал каждого телескопа на магнитную пленку с указанием времени по атомным часам и далее сводить сигналы всех пленок и получать интерференционные полосы – а затем карту. Данные кропотливо обрабатывались, что требовало таких технических средств, как атомные часы, компьютеры и магнитофоны. В 1967 г. группы американских и канадских астрономов наблюдали несколько источников при помощи антенн, находящихся на расстоянии 200 км. Через год они подключили удаленные антенны в Пуэрто-Рико, Швеции и Австралии. База увеличилась до 10 000 км, или 80 % диаметра Земли. Угловое разрешение выросло в 1000 раз, до одной тысячной доли угловой секунды – это угловой размер десятицентовой монетки на вершине Эйфелевой башни, если смотреть на него из Нью-Йорка (илл. 23). Теперь радиоастрономия располагала гораздо более четкими изображениями – по сравнению с оптической астрономией.