Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Сбор данных шел тяжело. Мы с Сантьяго по очереди катались в «стакане» первичного фокуса – в металлическом цилиндре наверху телескопа, где фокусируется свет, отражающийся от главного зеркала. В патроне находился и фотометр, который мы привезли из Соединенных Штатов. «Стакан» не был утеплен, и, несмотря на многослойную зимнюю одежду, к концу долгой февральской ночи я промерзал до костей. Однако были и радостные моменты. Одной ясной ночью объект наших наблюдений начал мерцать, и счетчик фотонов инструмента показывал, как подскакивает и спадает его яркость. Я представил себе, как разрывается на части звезда, врезавшаяся в аккреционный диск и отправляющаяся на корм чудовищу. Под утро мы с нашими русскими хозяевами ели «икру бедняков», приготовленную из мелко нарезанных маринованных овощей. Мы допивали бутылку обжигающей водки и делились историями, пока распухший красный диск солнца поднимался над Кавказскими горами.

«Проблема слона» в случае активных галактик вызвана избирательным зрением. При использовании метода радиоволн вы увидите ядро, джеты и лепестки, но большинство активных галактик – радиоспокойные. Пользуясь оптическими методами, вы увидите широкие эмиссионные линии и яркое ядро в окружении тусклой родительской галактики, но упустите из виду феномен релятивистских джетов. Эти два фрагмента электромагнитного спектра не составят полной картины. Нам нужны другие методы наблюдения.

Как мы уже говорили, рентгеновская астрономия позволила в 1964 г. открыть эталонную черную дыру Лебедь Х-1. Через шесть лет ракета зарегистрировала рентгеновское излучение двух ближних активных галактик – Центавр А и М87, а также квазара 3С 273 [144]. В 1970-х гг. высокая чувствительность орбитальной обсерватории «Эйнштейн» позволила обнаружить множество квазаров. Их рентгеновское излучение было переменным, свидетельствуя, что оно исходит из областей вблизи центральной машины. Ультрафиолетовое и рентгеновское излучение многих квазаров напоминало тепловое излучение газа при температуре 100 000 кельвинов. Примечательно, что это соответствовало моделям с аккреционным диском вокруг сверхмассивной черной дыры [145].

Каждый раз, когда астрономы начинали наблюдения в новом диапазоне частот, обнаруживались активные галактики. С помощью астрономического спутника с инфракрасным телескопом, запущенного в 1977 г., удалось выяснить, что квазары активно излучают в ИК-диапазоне. Была высказана догадка, что коротковолновое излучение, возникающее возле ядра, преобразуется частицами космической пыли в инфракрасное излучение с большей длиной волны [146]. В течение 1990-х гг. принадлежащая NASA гамма-обсерватория «Комптон» открыла еще один способ наблюдения за активными галактиками – в области высоких энергий. Парные джеты, выбрасываемые из полюсов черной дыры, способны излучать огромное количество гамма-лучей. Разница между длинами волн, на которых наблюдались некоторые активные галактики, невероятно велика – 100 млн трлн (10 20). В 2018 г. было открыто новое великолепное окно наблюдений за активными галактиками – в момент обнаружения нейтрино, испущенного блазаром в 4 млрд световых лет от нас. До этого регистрировались только нейтрино Солнца и относительно близкой сверхновой. Нейтрино возникло вблизи сверхмассивной черной дыры блазара и через 4 млрд лет было обнаружено детектором, установленным во льдах Антарктики [147].

«Проблему с описанием слона» может обострять «шовинизм диапазонов». Астрономы специализируются не только в предмете своего внимания, но и в методах наблюдения. Оптические астрономы, по-прежнему составляющие большинство профессионалов, следуют классической траектории развития этой области знания – от наблюдений невооруженным глазом к фотографии и ПЗС-фотометрии. В радиоастрономию часто переходят инженеры, а в инфракрасную и рентгеновскую – физики. Помимо технических различий, астрономов, работающих с разными длинами волн, разделяет принадлежность к разным «племенам». Они редко общаются, хотя это было бы совсем не лишним.

Астрономы пытаются унифицировать «обитателей зоопарка» активных галактик, исходя из предположения, что их облик зависит от направленности. Спиральные галактики являются уплощенными, а аккреционные диски – тонкими, следовательно, можно ожидать, что свойства активных галактик определяются ориентацией в пространстве. Простая аналогия: сфера всегда имеет округлую форму независимо от расположения, а тонкий диск может выглядеть как круг, эллипс и даже линия.

Радиоастрономы поняли, что разница в радиояркости квазаров может не иметь отношения к различиям в светимости. Если джеты, ускоряющие частицы почти до скорости света, направлены непосредственно к лучу зрения, то излучение резко усиливается. Прямой взгляд вдоль полярной оси сверхмассивной черной дыры обнаружит мощное радиоядро, односторонний джет и, возможно, слабое гало широко распространившегося излучения в радиодиапазоне. Таковы быстро меняющиеся блазары, составляющие малую долю от общего числа, поскольку это очень специфическая направленность [148]. Если мы посмотрим на тот же источник сбоку, то увидим слабое ядро, парные джеты и протяженные лепестки на той или другой стороне [149].

Блазары – тема моей докторантской диссертации, и еще десять лет после этого я занимался их исследованиями. Они притягательны, как спорткар для юноши, – быстрые, стильные и способные с равной вероятностью выбросить на обочину или прокатить так, что захватит дух. Блазары непредсказуемы, поскольку их излучение зависит от изменчивых астрофизических характеристик среды возле сверхмассивной черной дыры. Часами я впустую торчал у телескопа, поскольку почти все интересующие меня объекты не подавали признаков жизни, а некоторые оказывались и подавно слишком тусклыми, но, когда мне везло, результаты были достойны Книги рекордов Гиннесса. За период работы мне удалось засечь активные галактики с наивысшей светимостью, самыми быстрыми изменениями, самым компактным излучением и высочайшей поляризацией. Поляризация происходит, когда колебания электромагнитного излучения лежат в одной плоскости; поляризация света дает информацию о геометрии источника света.

Однако серьезная наука требует аналитического подхода и систематических наблюдений, поэтому исследование строилось на совокупности данных, а не на самых захватывающих моментах. Я узнал, что блазары позволяют взглянуть на центральную машину с весьма интересного ракурса. Горячий газ, движущийся на скорости 99 % световой, свидетельствует о том, что блазары в сотни раз ярче активной галактики – если не смотреть на нее вдоль релятивистского джета. Теоретикам непросто было обосновать возможность ускорения газа до такой скорости, но наблюдатели вроде меня любят подбрасывать теоретикам трудные задачки. Постепенно обнаруживались гораздо более многочисленные активные галактики с не менее поразительным поведением и джетом, не направленным вдоль луча зрения. Моей целью было не утвердить уникальность и экзотичность блазаров, а найти им подходящее место в «зоопарке» активных галактик.