Крис Импи - Чудовища доктора Эйнштейна [litres]

Десятилетие медленной и трудной работы увенчалось успехом: в ближних галактиках было зарегистрировано около двух десятков черных дыр [173]. Наша ближайшая соседка, галактика Андромеды (М31), имеет черную дыру в 100 млн солнечных масс, окруженную скоплением молодых голубых звезд. Мы пока не вполне понимаем, как они формируются и выживают в экстремальных условиях [174], хотя это, возможно, общее явление для спиральных галактик. Карликовый компаньон галактики Андромеды М32 также имеет черную дыру – чуть менее массивную, чем в центре Млечного Пути, в 3,4 млн масс Солнца, в пределах области пространства менее одного светового года [175]. На другом полюсе шкалы размеров – радиоисточник Дева А, о котором теперь известно, что это гигантская эллиптическая галактика М87. Черная дыра в центре М87 – настоящее чудовище, в 6,4 млрд раз массивнее Солнца [176]. Ее горизонт событий больше Солнечной системы! Черные дыры в локальной вселенной сильно различаются размерами, имея разброс масс в 2000 раз.

Через 40 лет после написания своей провидческой статьи Линден-Белл поднялся на сцену в Осло, чтобы получить первую премию Кавли. Рядом с ним стоял не менее выдающийся ученый – Мартен Шмидт, первооткрыватель квазаров. Догадка Линден-Белла о черных дырах идеально дополнила открытие Шмидта: в сердце каждой галактики таится тьма.

Всего за десять лет черные дыры превратились из теоретической концепции для посвященных в центральный элемент эволюции массивных звезд – после объяснения активности в ядрах галактик. В те времена Кембриджский университет был самым подходящим местом для теоретика. Там Дональд Линден-Белл в 1961 г. получил степень доктора философии и написал свою основополагающую статью в 1969-м, а Стивен Хокинг стал доктором философии в 1966 г. и написал статью об излучении черных дыр в 1974-м. Мартин Рис получил докторскую степень через год после Хокинга и написал свою классическую статью о сверхмассивных черных дырах в 1974 г.

Именно Мартин Рис – тогда еще не имея титула лорда – подвел прочный теоретический фундамент под утверждение о роли сверхмассивных черных дыр как гравитационных машин. Для любого изучающего космологию Рис – это титан. Его награды неисчислимы: премия Темплтона, медаль Дирака, премия Ньютона, медаль Кэтрин Брюс, премия Декарта, японский орден Восходящего солнца, британский Орден заслуг. Он являлся президентом Королевского научного общества, магистром кембриджского Тринити-колледжа, директором Астрономического института, профессором почетной кафедры астрономии и экспериментальной философии Томаса Плума в Кембриджском университете и Королевским астрономом Великобритании (неизменно скромный в отношении своих профессиональных достижений, Рис назвал свои должностные обязанности на этом посту «настолько необременительными, что их можно было бы исполнять посмертно»).

Поэтому перед нашим знакомством я приготовился к чему-то грандиозному. В реальности же это был коротышка с орлиным носом и пронзительными серыми глазами, с такой негромкой речью, что приходится наклоняться, чтобы его расслышать, с характерными ритмичными модуляциями уроженца Шропшира (илл. 30). Рис доказал, что аккреция на вращающуюся черную дыру может вызывать парные релятивистские джеты и нетепловое излучение во всем электромагнитном спектре, от метровых радиоволн до гамма-лучей с длиной волны меньше размера протона [177].

Активные галактики – многоплановые феномены, для понимания которых нужен целый арсенал наблюдений на разных длинах волны и методов изучения. Они представляют живой интерес для теоретиков, но трудны для наблюдения. Размытые лепестки радиоизлучения могут простираться на миллионы световых лет от галактики. Подпитка центральной массивной черной дыры зависит от ближайшего окружения и содержания газа в родительской галактике. Есть центральная область звездообразования и пылевой тор – в масштабе нескольких сотен световых лет. В центре тора, в пределах от световых недель до световых месяцев, плотные облака быстро движущегося газа генерируют широкие эмиссионные линии. Еще ближе к центру, в масштабе размеров Солнечной системы, интенсивное ультрафиолетовое и рентгеновское излучение производит горячий аккреционный диск. Это излучение распределено по всему диапазону длин волн в виде непрерывного спектра. Наконец, в центре космической матрешки находится сверхмассивная черная дыра [178].

В частности, именно стараниями Риса аккреция на черную дыру стала парадигмой функционирования активных галактик, которую редко подвергали сомнениям. На конференции 1977 г. астрофизик Ричард Маккрей высмеял склонность астрономов (и ученых вообще) подпадать под влияние популярных идей. Он продемонстрировал диаграмму со схематичными фигурками и границами, отмеченными пунктирными линиями: одна обозначала сферу гравитационного влияния, другая – горизонт событий черной дыры (илл. 31). Вот его собственное описание рисунка и соответствующего социологического явления: «Система характеризуется двумя радиусами. Вне радиуса аккреции астрофизики занимаются другими проблемами и не испытывают существенного влияния этой модной идеи. Те же, кто находится внутри радиуса, тонут в этой идее с головой. Коммуникация между индивидами слаба, поскольку они находятся на случайных баллистических траекториях, в зависимости от начальных условий. В стремлении стать первыми они почти всегда промахиваются мимо центральной точки и отлетают по той или иной касательной. При достаточном количестве астрофизиков, сплотившихся вокруг идеи, должна происходить коммуникация, но обычно это выливается в жесткие столкновения. ‹…› Единственный долгосрочный эффект – это то, что некоторые индивиды могут пересечь горизонт рациональности, за которым модная идея становится символом веры. Эти несчастные уже не смогут вернуться назад» [179]. Презентация Маккрея была шуткой. Он находил аргументы в пользу черной дыры убедительными, но напоминал коллегам о необходимости сохранять здоровый скептицизм.

Напомню, что к середине 1980-х гг. только в Млечном Пути было найдено убедительное доказательство существования массивной черной дыры. В одну из своих статей Рис включил схему, показывающую, как газ из межгалактической среды просачивается в галактику и медленно прокладывает себе путь к области ядра. Этот газ, а также газ, выброшенный эволюционировавшими звездами, способствует формированию центрального звездного скопления – плотной группы многих тысяч звезд, собранных вместе гравитацией. Звездное скопление не может выдержать гравитации такого множества звезд и коллапсирует в черную дыру, которая растет, поглощая газ и звезды. Хотя это была только схема, Рис представил убедительные физические доказательства каждого шага. В результате формирование черной дыры представляется неизбежным. В этом – талант величайших ученых: излагать сложные аргументы так, что они кажутся очевидными.