Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Новую технологию назвали интерферометрией с очень длинной базой (Very Long Baseline Interferometry, VLBI). В 1970 г. радиоастрономы, изучая квазары при помощи VLBI, заметили, что самые компактные радиоисточники создают односторонние струи, в которых часто присутствуют «пузыри» – или горячие точки. Собрав данные за год, они увидели, как эти пузыри удаляются от ядра. Астрономы привыкли иметь дело с огромной временной шкалой межгалактической Вселенной, поскольку галактика совершает один оборот за сотни миллионов лет, и были счастливы, заметив изменения, происходящие от года к году [139]. Однако, преобразовав наблюдаемое поперечное перемещение пузырей в скорость, они были потрясены: скорость разлета в 5–10 раз превышала скорость света. Это нарушение принципа относительности? Нет, всего лишь оптическая иллюзия. Поскольку джет от компактного радиоисточника направлен практически прямо на нас, а пузыри двигаются с околосветовой скоростью, создается впечатление, что они быстро движутся в поперечном направлении. Представьте, что кто-то с Земли перемещает по поверхности Луны световое пятно очень мощного прожектора. Если луч двигается быстро, наблюдателю на Луне покажется, что он перемещается быстрее света, хотя фотоны луча летят со скоростью света – и ни на йоту быстрее. Этот феномен, называемый сверхсветовым движением, наблюдался у десятков компактных радиоисточников.

Ювелирно точное картирование радиоисточников показало, что радиоастрономы могут получать такие же прекрасные изображения, как и в оптической астрономии (илл. 24) [140]. Данные поддерживают гипотезу сверхмассивных черных дыр. Мощное радиоизлучение свидетельствует о работе ускорителя частиц, а компактность означает, что излучение приходит из крохотной области пространства. На это способна только гравитационная машина – такая, как черная дыра. Кроме того, поскольку галактики имеют импульс, а компактный объект в центре галактики должен быть вращающимся, газ будет улетать от него над полюсами вдоль оси вращения. Черная дыра намного более мощный ускоритель частиц, чем любое творение рук человеческих. Гравитация питает парные джеты намагниченной плазмы, которые выбрасываются вовне из области вблизи черной дыры почти со скоростью света, протягиваясь далеко за границы галактики и освещая радионочь.

В притче о слепцах, ощупывавших слона в попытке узнать, как он выглядит, говорится, что один потрогал ногу и сказал, что слон похож на колонну, второй – хвост и сравнил слона с веревкой, третий ощупал ухо и сказал, что слон напоминает лист пальмы, а четвертому, ощупавшему бивень, слон показался похожим на трубу (илл. 25). Эта притча показывает, как опасно делать выводы на основании неполной информации. Давайте посетим «зоопарк» активных галактик и узнаем, на что похожи эти создания.

Активные галактики определяются через отрицания: их поведение в энергетическом отношении невозможно объяснить составом звезд или звездными процессами. Их изучение началось со спиральных галактик, открытых Сейфертом в 1943 г. Их яркое голубое ядро и широкие эмиссионные линии указывали на газ, движущийся необъяснимо быстро для нормального паттерна вращения галактики [141]. Теперь мы понимаем, что галактики Сейферта – это «недостающее звено» между нормальными галактиками и квазарами, поскольку они имеют нетепловое излучение, но находятся ближе и являются менее яркими, чем квазары. Однако, поскольку галактики Сейферта были позабыты на несколько десятилетий, на момент открытия квазары казались беспрецедентным явлением. С помощью космического телескопа «Хаббл» астрономы сделали фотографии глубокого космоса и доказали, что «туман» вокруг квазаров в действительности является светом дальней галактики. Возвращаясь к аналогии с полетом над ночным Лос-Анджелесом, можно назвать это демонстрацией того, что квазар как источник света обитает в звездном мегаполисе [142].

Предпринималась аналогичная попытка классифицировать радиоисточники разных видов. Радиогалактики с низкой светимостью имеют ядро и парные джеты, обычно оканчивающиеся в пределах галактики лепестками излучения неправильной формы. Радиогалактики с высокой светимостью имеют ядро и одиночную струю, выбрасывающую лепесток далеко за пределы родительской галактики. Радиоисточниками с самыми мощными ядрами оказались квазары с быстро меняющейся яркостью в радио- и оптическом диапазонах и чрезвычайно высокими плотностями энергии. Подвид с самыми экстремальными характеристиками получил название «блазар». Судя по названию, он характеризуется резкими колебаниями яркости, иногда меняющейся ежеминутно. И это вполне коррелирует с ситуацией, когда мы смотрим через жерло релятивистского джета на центральную машину – сверхмассивную черную дыру [143].

Много лет назад я отправился в Россию охотиться на блазары, и результаты этой охоты превзошли ожидания. Временами моя поездка превращалась в настоящий шпионский роман. Двое крепких мужчин с пистолетами под пиджаками сели по бокам от меня на заднее сиденье автомобиля, меня охватили дурные предчувствия. Обычно жизнь астронома из обсерватории не столь богата событиями. Мы ехали через границу на фабрику мороженого в Грузии, чтобы набрать сухого льда для охлаждения инструмента, который я привез из США.

Мы прибыли к российскому шестиметровому – самому большому в мире – телескопу, который используют для изучения самого редкого «зверя» внегалактического «зоопарка». Интенсивность света блазара менее чем за час может усилиться настолько, что в 100 раз превысит светимость целой галактики. Нашим инструментом был фотометр, способный измерить яркость далекого источника излучения менее чем за секунду. Мы надеялись получить незамутненные изображения воронки вокруг сверхмассивной черной дыры. Моим «подельником» был Сантьяго Тапиа, чилийский астроном, с которым я познакомился в Аризоне. Нас принимали сотрудники обсерватории – ведущие исследователи с ученой степенью, чья зарплата не превышала $100 в месяц (этого едва хватало на то, чтоб прокормить и одеть семью). По сравнению с ними я, молодой постдок из Америки, был богачом.

Такой была Россия на закате Советского Союза. Повсюду были признаки разрухи и упадка. На рынках в Ленинграде мы видели пустые прилавки, у ресторанов (каких было немного) выстроились длинные очереди. Нас ждало трехдневное путешествие на Кавказ – туда, где находился телескоп, по пути в наш поезд ворвались солдаты с автоматами Калашникова наперевес в поисках воровских банд. На следующий день после прибытия я по наивности отправился на прогулку над речной долиной. Тем же вечером, когда мы с хозяевами ели водянистый борщ и черствый хлеб, они попросили меня быть осторожным, сообщив, что в долинах можно встретить грузинских торговцев контрабандным оружием – их поведение непредсказуемо.