ВСЕЛЕННАЯ ЗАДАЕТ ЗАГАДКИ

ВСЕЛЕННАЯ ЗАДАЕТ ЗАГАДКИ

На заре туманной юности" довелось мне как-то видеть такую картинку. Некто добрался до края Земли и, просунув голову в отверстие, с изумлением взирает на открывшийся перед ним вид — звезды, планеты, спутники…

Так древние представляли себе окружающий мир: плоская, словно блин, Земля накрыта хрустальным куполом неба, по которому разбросаны серебряные и изумрудные звезды.

В куполе имелось двое ворот. Солнце выходило из восточных поутру и к вечеру скрывалось за западными. Ночью же оно двигалось под Землей в обратном направлении.

Имели в то время и своеобразное представление о размерах окружающего мира. Вселенная древних египтян, например, была длиной в 7 тыс. локтей фараона и имела вид большой долины, вытянутой с,севера на юг. В центре долины, понятное дело, располагался сам Египет. Сверху долину прикрывало небо — большая крыша, к которой прикреплялись светильники звезд…

Сама же Земля, по мнению древних, покоилась на спинах трех гигантских слонов. Ну а слоны стояли на трех черепахах. И наконец, те опирались на трех китов, которые, сами понимаете, плавали во вселенском океане.

Вот, оказывается, откуда пошли понятия, которыми, зачастую не задумываясь, мы пользуемся и по сей день. «На краю Земли», «небесная твердь», «на трех китах» — все эти и многие другие выражения берут свое начало от представлений древних об устройстве мира.

Они же, эти представления, нашли свое отражение и в Книге книг — Библии. Там, например, указано, что после сотворения земли и неба «Дух Божий носился над водою». Затем он совершил загадочное действо, сотворив некую твердь посреди воды и отделив ею воду над твердью от воды под твердью. После этого назвал твердь небом и отправился почивать после трудов праведных первого дня творения.

А вот где он отдыхал и эту, и последующие ночи, про то Книга книг — ни гугу: очевидно, верховная власть и в те времена умела хранить свои тайны.

Тем не менее со временем любопытное человечество кое-что сумело для себя прояснить. А может, запутать? Так экспериментально-опытным путем было установлено, что твердь, именуемая небом, на самом деле вовсе не такая уж твердая. Сама Земля не плоская, а круглая. Что же касается звезд, то с ними и вообще вышла неразбериха, которая продолжается и по сей день. Судите сами.

Завод звезд

Наш галактический адрес. Если взглянуть на небо в безоблачную ночь, первое, что бросается в глаза, молочно-белая светящаяся полоса, пересекающая небосвод. Древние римляне назвали ее «дорогой из молока» — Млечным Путем. Есть, впрочем, у этого образования и другие названия — Чумацкий Шлях, Стожары… Чумаками, если кто не знает, некогда звали путешественников, отправлявшихся с Украины в дальние края, к морю, за солью. Вот, дескать, и в небе осталась дорожка соли, просыпавшейся с чумацких возов, запряженных волами. Что же касается Стожар, то тут название говорит само за себя — сто жарких угольков (а может, и того больше) рассыпали боги, небрежно перенося их из одного небесного очага в другой…

На самом же деле, как показало позднейшее, более внимательное рассмотрение, Млечный Путь представляет собой скопище звезд и иной небесной материи — нашу Галактику. Если бы удалось посмотреть на нее сбоку, полагают ученые, мы бы увидели колоссальную спираль, образуемую звездами и туманностями. А так видим лишь ее профиль, имеющий форму диска с утолщением посредине.

Расстояния тут столь велики, что измеряются обычно в световых годах. Световой год — путь, который может пройти за 365 земных суток луч света, имеющий скорость, как известно, 300 тыс. км/с. В привычных нам единицах измерения это получается около 9,5 трлн км.

Ну так вот, ширина эллипсоида-утолщения в центре Млечного Пути — порядка 13 тыс. светевых лет, а его диаметр — 26 тыс. световых лет…

Диаметр же самого Млечного Пути современные исследователи определяют примерно в 100 тыс. световых лет, что равно половине расстояния от Земли до Большого Магелланова Облака. Образует нашу Галактику около 250 млрд звезд; в том числе все те 6 тыс. светил, которые человек может увидеть на небе невооруженным глазом, принадлежат опять-таки Млечному Пути.

Со времен Коперника известно, что Земля не центр Вселенной и даже не центр Солнечной системы. Но еще долгое время после этого считалось, что, по крайней мере, наше Солнце находится в центре Млечного Пути. Это заблуждение развеял в 1917 году американский астроном Херлоу Шэпли. Проведя измерения расстояний от Земли до некоторых шарообразных звездных скоплений, вращающихся рядом с центром нашей Галактики, он расположил в людском сознании Солнечную систему там, где она в действительности и находится, — на окраине Млечного Пути, на расстоянии примерно 30 тыс. световых лет (или 285 трлн км) от его центра.

«Семьи» созвездий. Сам Млечный Путь является частью так называемого «местного скопления» — семейства примерно из 20 галактик, которые являются нашими соседями; среди них и такие знакомые всем, например, по фантастическим романам И. А. Ефремова, как Туманность Андромеды и Магеллановы Облака.

Вообще, как полагают ученые сегодня, галактики вокруг вовсе не распределены по воле случая: примерно 85 процентов из них составляют скопления из нескольких десятков, сотен или даже тысяч себе подобных. Таким образом то же «местное скопление» представляет собой своего рода малую Метагалактику. Она имеет центральную сферу-ядро диаметром 6 млн световых лет и два гигантских спиральных рукава диаметром 100 тыс. световых лет или еще больше. Каждый из них, в свою очередь, сопровождается двумя галактиками-сателлитами. Спутниками нашего Млечного Пути в данном случае служат Магеллановы Облака (малое и большое), которые хорошо видны из Южного полушария Земли в районе созвездия Тукана. Кстати, свое название они получили потому, что были впервые описаны во время первого кругосветного путешествия одним из спутников известного мореплавателя.

Магеллановы Облака находятся от нас на расстоянии примерно 160 тыс. световых лет. Затем идут 2-3 галактики средних размеров, в том числе и МЗЗ правильная спираль, наблюдаемая в созвездии Треугольника. Все остальное — карликовые галактики, большинство из которых имеют эллиптическую форму.

В общем, современные астрономы насчитали порядка 25 объектов, находящихся в пространстве протяженностью около 3 млн световых лет.

Такое скопление галактик в «местной системе» довольно-таки распространенное явление во Вселенной. Как, впрочем, и наш Млечный Путь — обычная галактика, а Солнце — рядовая звезда типа «желтый карлик».

«Строения» Вселенной. Во Вселенной известны и многие другие образования. Самое близкое из них в созвездии Девы, находящемся на расстоянии 4050 млн световых лет: оно содержит свыше 3 тыс. галактик. Внимательное изучение подобных сверхскоплений приводит к мысли, что и сами они входят в более значительные объединения. «Местная система», созвездия Девы и Большой Медведицы, несколько других ближайших к нам сверхскоплений, по-видимому, часть того, что ученые называют Метагалактикой.

А что находится между галактиками? С помощью гигантского телескопа Паломарской обсерватории в середине 70-х годов нашего века были сфотографированы «нити» и целые «мосты», связывающие некоторые галактики. На основании этих данных группа исследователей из Института астрофизики и физики атмосферы Академии наук Эстонии под руководством академика Я. Э. Эйнасто предложила несколько лет назад концепцию гипергалактик, которую охочие на хлесткие сравнения журналисты окрестили «сотами Вселенной».

Суть этой концепции заключается в следующем. Когда специалисты принялись внимательно рассматривать крупномасштабную объемную карту Вселенной, созданную на основании наблюдений последних лет, то обратили внимание, что галактики в ней располагаются отнюдь не равномерно, а составляют как бы стенки ячеек, «сот», заполненных чем-то не видимым глазу.

Работа эстонских астрофизиков получила всеобщий резонанс, во всем мире группы исследователей стали работать в этом направлении. И как раз в тот момент, когда я был в институте, там получили сообщение о работе ученых Гарвардского университета. Когда американские исследователи попытались составить карту еще более крупных размеров, то выявили, что сами по себе «соты» складываются в некое еще более крупномасштабное образование. Оно получило название «Великой стены».

Стена эта представляет собой конгломерат, сложенный из тысяч галактик, подобных нашему Млечному Пути. Ее размеры еще недавно показались бы неправдоподобными: длина — 0,5 млрд, ширина 200 млн, а толщина 15 млн световых лет!

«Великая стена» — самая крупная структура, обнаруженная за последнее время, заявила по этому поводу одна из составительниц карты Маргарет Геллер. Ее существование оказалось для астрономов большой неожиданностью. Тем не менее приходится смотреть правде в глаза: по мере того как при изучении Вселенной мы переходим к все более крупным масштабам, увеличиваются и структуры, которые мы обнаруживаем. Сначала это были как бы озера звезд. Потом мы открыли моря. А сегодня речь идет уже об океанах. И думаю, что если мы начнем пользоваться все более мощными телескопами, то обнаружим и еще большие структуры.

Карта, составленная в Гарварде, отображает клиновидную часть небосвода, соответствующую площади менее чем 0,9 процента видимой Вселенной. Любое увеличение потребует серьезных дополнительных усилий — ведь и данное изображение синтезировано по результатам многолетних наблюдений ученых многих стран. Так что, говоря строго, пока неизвестно, как широко простирается «Великая стена» за пределы изученного участка, единственная ли она в своем роде.

Правда, есть возможность проверить это с максимальной экономией средств и сил — провести дополнительное изучение Вселенной в таком же узком секторе, но, скажем, в противоположном направлении.

Взгляд в сторону Северного и Южного полюсов именно здесь на небе видно меньше всего звезд, а значит, удается подальше заглянуть в глубь Вселенной — показал, что на расстоянии в 20 млн световых лет от нашей Галактики действительно существуют скопления материи.

«Подобные регулярные образования, — заключили ученые, — можно в каком-то смысле уподобить крепостным башням, которые, как известно, есть и на Великой стене, построенной древними китайцами».

И наконец, последнее известие на эту тему. Недавно пришло сообщение о том, что французские астрономы Жан-Клод Пеккер, Жан-Поль Вижье, Жан Эйдман и их коллеги уподобили строение Вселенной некой сверхгигантской аналогии клеточной структуры. Галактики, по их мнению, располагаются как бы на ребрах, гранях и вершинах многогранников размером порядка 200 млн световых лет каждый. «Это чем-то напоминает распределение клетчатки в растительных тканях», — заявили исследователи.

Однако клетчатка заполнена внутри клеточным соком, имеет ядро и много чего еще. А чем заполнено пространство между стенками? Нам оно кажется пустым. Но так ли это?

Впрочем, прежде чем мы с вами займемся выяснением, что содержат «соты» или «клетки» Вселенной, нам придется обсудить еще одну проблему: неподвижны ли звезды и галактики вокруг нас?

Куда убегают звезды? Долгое время астрономы полагали, что звезды находятся в покое. Движутся лишь планеты, обращающиеся вокруг Солнца. Даже Альберт Эйнштейн, создавая свою знаменитую теорию относительности, полагал, что «все во Вселенной дышит покоем». Однако когда полученные им уравнения проанализировал в 1922-1924 годах российский теоретик Александр Фридман, то оказалось, что это далеко не так. Если пространство равномерно заполнено массивными телами, то такая система не может быть долго в состоянии покоя — она обязательно должна либо расширяться, либо сжиматься.

Эйнштейн попробовал было оспорить выводы Фридмана, однако с точки зрения математики в них все было безупречно. Да тут еще в 1924 году американский астроном Эдвин Хаббл на практике пришел к выводу, что, по крайней мере, некоторые галактики определенно движутся. Линии их спектров оказались не на своих законных местах, а сдвинуты в сторону.

Пытаясь хоть как-то объяснить замеченное явление, Хаббл в конце концов пришел к выводу, что во всем виноват эффект Доплера.

Этот эффект, названный так по имени австрийского физика Доплера, который еще в 1842 году обратил внимание, что гудок стоящего паровоза и гудок движущегося кажутся нам разной высоты. Когда поезд удаляется, тон гудка понижается, при приближении, напротив, повышается.

Потом французский физик А. Физо распространил понятие доплеровского смещения не только на акустику, но и на оптику. Ну а американец Хаббл отметил, что свет удаляющихся звезд смещен в красную сторону спектра. Иными словами, он выяснил, что галактики убегают от нас. Или мы, соответственно, от них.

В дальнейшем ученые обнаружили, что чем дальше отстоят эти галактики от нашей, тем больше красное смещение, тем выше, значит, скорость их убегания. Так родилась гипотеза о расширяющейся Вселенной.

Переучет на небесах. К 70-м годам нашего столетия ученые пришли к выводу, что мы с вами живем в протонной Вселенной. Ведь и звезды, и межзвездный газ состоят где-то на 72 процента из водорода, на 25 процентов из гелия и лишь оставшиеся 3 процента приходятся на все другие элементы и соединения. Общая масса планет, астероидов и т. д., где соотношение элементов иное, настолько незначительна в общем балансе, что ее можно и не принимать во внимание.

Масса же ядра того же водорода состоит в основном из протона. И атом гелия тоже состоит наполовину из протона. Таким образом и получается, что протоны составляют около 85 процентов массы.

Однако последние годы замечено, что, похоже, баланс этот стал нарушаться. Астрономы увидели: звезды внутри галактик, да и сами галактики, движутся во Вселенной так, словно на их передвижение влияет какая-то дополнительная масса.

Причем величина этой скрытой массы отнюдь не малая — наблюдаемые нами звезды и галактики, согласно расчетам, составляют всего-навсего от 1 до 10 процентов общей массы Вселенной.

Где скрывается скрытая масса? В поисках недостачи ученые стали примерять на роль носителя скрытой массы различные объекты.

Так, например, часть исследователей полагает, что большую часть массы берут на себя звезды-карлики — те бывшие светила, которые прошли уже свой цикл жизненного развития, перестали светиться, а потому и невидимы. Но они по-прежнему содержат в себе немалое количество вещества, причем в весьма сверхплотном состоянии. Согласно некоторым расчетам, получается, что наперсток вещества с такой звезды может весить около 1 млрд т!

Другие полагают, что одних карликов для покрытия недостачи мало, и предлагают покрыть ее за счет антиматерии. Дело в том, что в январе 1996 года группе физиков из Европейского центра ядерных исследований впервые за всю историю человечества удалось получить то, что до сей поры считалось предметом фантастическим, — несколько атомов антиводорода.

Эти антиатомы послужили иллюстрацией возможности существования наряду с нашим миром еще и некоего зазеркального, где все наоборот: электроны обладают положительным зарядом, протоны — отрицательным и т. д.

Ныне выдвинуто предположение, что в космосе возможно существование двух или даже нескольких замкнутых пространств, в одних из которых доминирует материя, а в других — антиматерия. По этому поводу известный писатель-фантаст Станислав Лем выразился однажды так: «Представьте себе, вы пустили десяток-другой мыльных пузырей, и они плывут рядышком по воздуху. Подобное происходит и во Вселенной. Мы живем в мире с положительно заряженной материей, а где-то, быть может, кочуют во Вселенной антимиры».

Вот эти-то антимиры и создают то гравитационное воздействие, которое обуславливается эффектом скрытой массы. Ведь, как полагают многие физики, в этом мире большинство законов природы должно быть таким же, как и в нашем мире. По крайней мере, яблоки под действием силы тяжести падают вниз, а не летят вверх.

Однако такое трактование имеет и свои недостатки. Во-первых, непонятно, каким образом эти антимиры скрываются от земных наблюдателей? Во-вторых, как полагают некоторые теоретики, по крайней мере, в некоторых из таких антимиров может существовать и антимасса, в какой-то мере уравновешивающая массу. А стало быть, в этом случае количество антимиров должно составлять не половину, а намного превосходить количество миров (не забывайте, нам необходимо компенсировать до 99 процентов общей массы). Но почему тогда в природе наблюдается такая асимметрия?..

В общем, надо было поискать еще какое-нибудь объяснение наблюдающимся событиям. И оно, конечно, было найдено. «Недостающая масса скрывается в черных дырах», — предполагают ныне многие исследователи.

Пропасти космоса

«Черные дыры» — уже сами эти слова подразумевают тайну, путь в неизведанное. Откуда же они взялись?

«Курьез» Вселенной? Возможность их существования вытекала из общей теории относительности Альберта Эйнштейна, сформулированной им еще в 1915 году, но долгое время многими учеными воспринималась не более как научный курьез — игра ума теоретиков. Но ныне, кажется, положение меняется.

Предполагается, что черные дыры могут иметь самые различные размеры. На одном конце шкалы сверхтяжелые черные дыры с массой, превышающей массу нашего Солнца в 100 млн раз, они находятся в центре квазаров — источников колоссальной энергии, действующей в глубинах Вселенной. Что касается другого конца шкалы, то астрономы рассматривают сейчас вероятность существования черных минидыр, плавающих в космосе и обладающих массой горы, «спрессованной» в точку размером с атомную частицу.

В общем, черные дыры настолько необычны, что можно было бы приписать их появление писателямфантастам. Однако не они первые додумались до возможности их существования. Впервые существование подобных объектов было предсказано французским математиком Пьером Лапласом еще в 1796 году. Он отметил, что в соответствии с законом всемирного тяготения Ньютона небесное тело с достаточно большой силой притяжения не даст возможность ничему, даже свету, ускользнуть от него. И поэтому оно должно быть абсолютно невидимым, то есть стать черной дырой.

Впрочем, вывод Лапласа долгое время оставался не более чем теоретическим курьезом. Подобная история повторилась еще раз, в 1939 году, когда группа физиков, возглавляемая Робертом Оппенгеймером, ставшим впоследствии отцом атомной бомбы, доказала, что аналогичный вывод следует из общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

Астрономы полагали, что если даже черные дыры и существуют, то, согласно теории, они должны быть невидимыми, и поэтому их невозможно обнаружить. Так стоит ли вообще беспокоиться?

Подобное отношение изменилось только в 1968 году, когда радиоастрономы из Кембриджа объявили об открытии пульсаров — небольших по космическим масштабам, даже крошечных пульсирующих объектов, которые, как вскоре выяснилось, оказались нейтронными звездами. Они представляют собой небесные тела со столь высокой концентрацией материи, чтр наперсток вещества такой звезды может весить 1 млн т!

Свое название они получили из-за того, что, по мнению теоретиков, электроны и протоны атомов вещества, из которого когда-то состояли эти небесные тела, были «смяты» силой гравитации до такой степени, что превратились в более компактные нейтроны.

Нейтронные звезды — важный ключ к пониманию природы образования черных дыр, поскольку эти два объекта, по всей вероятности, возникли одинаковым путем — в результате гибели больших звезд.

Сценарий тут примерно таков. Звезды, как и люди, имеют свой цикл жизненного развития. Причем светила, превышающие по массе наше Солнце в десятки, а то и сотни раз, на последней стадии своего существования, перед тем как угаснуть окончательно, на короткое время превращаются в сверхновые звезды. Говоря попросту, они взрываются, разбрасывая вокруг осколки вещества. То же, что остается после взрыва — масса, примерно соответствующая весу Солнца, — может затем превратиться в нейтронную звезду, сжавшись под действием собственной силы тяжести. Если же остаток достаточно велик, как минимум втрое превышает массу Солнца, то сжатие может оказаться настолько сильным, что бывшая звезда превратится в черную дыру.

Так, по крайней мере, получалось по расчетам теоретиков. Но соответствует ли это действительности? И как можно обнаружить черные дыры?

Это и попытался выяснить профессор Стивен Хокинг из Кембриджа в конце 60-х годов.

Черные дыры, кажется, «засветились». Что происходит, когда огромное количество звездного вещества втягивается в черную дыру? Эту проблему Хокинг исследовал вместе со своим коллегой Роджером Пенроузом, ныне профессором Оксфорда. У них получилось, что вещество достигает точки сингулярности, где плотность становится бесконечной и все физические законы перестают действовать.

Иными словами, происходит нечто прямо противоположное расширению Вселенной — своего рода Большой взрыв, только с обратным знаком. Так первичная точка, из которой родилась Вселенная, становится матерью всех дальнейших сингулярностей.

Тогда же, 30 лет назад, в голову Хокинга пришла еще одна идея. Черные дыры, по его мнению, не совсем черные. Когда Хокинг применил для анализа квантовую механику, вышло, что черные дыры при определенных условиях должны испускать в окружающее пространство некие частицы. С ними они мало-помалу теряют свою энергию и, уменьшаясь в размерах, могут со временем взорваться.

Теоретически радиацию Хокинга — так теперь называют подмеченное им явление — можно зафиксировать экспериментально. Этим сейчас и занимаются астрофизики многих стран.

Первое важное свидетельство существования подобных объектов появилось в 1971 году, когда с помощью спутников в созвездии Лебедя был обнаружен источник рентгеновского излучения, названный Лебедем Х-1. Он обращался по орбите вокруг голубой сверхгигантской звезды, в 30 раз превышающей по массе Солнце.

Вообще-то говоря, ничего особенного в обнаружении двойной звезды не было — на сегодняшний день таких объектов обнаружено во Вселенной уже несколько сотен. Из них порядка 150 двойных звездных систем испускают рентгеновское излучение. Почти во всех случаях оно вызывается горячим газом, попадающим на нейтронную звезду со звезды-"компаньона". Но в случае с Лебедем Х-1 наблюдения показали, что источник рентгеновского излучения должен иметь массу, вдесятеро большую, чем у Солнца. А это слишком много для нейтронной звезды. Тогда что черная дыра? «Природа Лебедя Х-1 представляется достаточно определенной, — сказал по этому поводу доктор Питер Стенфорд из Муллардской лаборатории космических исследований в Лондоне. — Суть явления заключается в том, что газ с видимой звезды»компаньонки" втягивается в исключительно сильное гравитационное поле, окружающее черную дыру, и нагревается до десятков миллионов градусов, испуская при этом рентгеновское излучение".

Почему же при этом сама звезда не проваливается в черную дыру? По той же причине, по какой Луна не падает на Землю: два небесных тела удерживаются в равновесии в результате их орбитального движения друг вокруг друга.

Вслед за первым открытием последовало другое. Стенфорд и его коллеги исследовали другой, еще более интригующий объект, получивший название Х-Персея. Здесь была обнаружена черная дыра, превышающая по массе наше Солнце в 40 раз.

И пошло-поехало — открытия черных дыр посыпались как из рога изобилия. Скажем, одна такая «дыра» была обнаружена неподалеку от нас — в каких-нибудь 20 млн световых лет от нашей Солнечной системы. Конечно, подобное образование так и не удалось увидеть воочию. Однако наблюдатели обратили внимание, что в галактике М87 слишком уж возрастает яркость звездного света по направлению к центру. «Такое ощущение, что звезды там решили устроиться плотно, словно селедки в бочке, — сказал по этому поводу американский астроном Тодд Лауэр. — Это явно неспроста».

В эту замечательную точку и был нацелен орбитальный телескоп «Хаббл». На полученных снимках ученые увидели нечто, напоминающее по конфигурации воронку мыльной воды, сливаемой в отверстие ванны. Только в небе кружилась не вода, а межзвездный газ.

Спектрограф телескопа, специально предназначенный для оценки параметров смутных объектов, измерил длину волны излучения в тех частях газовой спирали, которые удаляются или, напротив, приближаются к нам. Разница в величинах позволила определить скорость вращения воронки. Она оказалась ошеломляющей — 1920 тыс. км/ч! Отсюда нетрудно оказалось вычислить и гравитационную мощность черной дыры. Масса этого объекта оказалась эквивалентна 3 млрд Солнц при практически одинаковых диаметрах.

И эта находка — не единственная. Немногим позднее в нашей родной Галактике Млечный Путь была обнаружена еще одна дыра, правда, миниатюрнее первой. Она имеет массу «всего лишь» в 1,3 млн масс Солнца.

Каждой галактике — по дыре? «Все свое имущество я еще не готов прозакладывать в споре, что черные дыры существуют в действительности, — заявил недавно на научной конференции Дуглас Ричстоун, астрофизик из Мичиганского университета, — но машину уже готов заложить. И поверьте, это очень хороший автомобиль».

А между тем за Ричстоуном издавна ходила слава самого консервативного астрофизика Западного полушария. И что же тогда заставило его если не окончательно расстаться со своими сомнениями, то, по крайней мере, в значительной степени продвинуться по пути полного признания черных дыр? Открытия, сделанные примерно полгода назад…

Наблюдения, сделанные с помощью космического телескопа «Хаббл» и двух мощных телескопов на Гавайях, привели ученых к выводу, что у каждой галактики, в том числе и у нашего Млечного Пути, есть своя черная дыра.

Находится она в самом центре, и ее масса, скорее всего, пропорциональна массе самой галактики.

Кроме того, ученые нашли, что существует четкая граница, окружающая кольцом черную дыру. Мчащийся вихрь вещества может по пути растерять какие-то частицы, но что попало уже за эту границу, назад не вырвется. Граница называется «горизонтом событий» — наверное, потому, что за ним уже никакие события не прослеживаются, как не видно предметов за обычным горизонтом.

Эту границу обнаружила группа исследователей из Кембриджа, штат Массачусетс. Рамаш Нараян, глава группы, считает данное открытие неопровержимым доказательством черных дыр.

А упоминавшийся уже нами скептик Ричстоун вместе со своими коллегами открыл недавно, что черные дыры есть практически во всех галактиках. На недавнем симпозиуме Американского астрономического общества, где Ричстоун решил рискнуть собственным автомобилем, распространялась также и книга «Фатальная привлекательность гравитации». Ее авторы — Митчелл Догельман из Колорадского университета и Мартин Риф из Кембриджа (Англия), пишут, что черные дыры являют собой окончательное торжество гравитации над всеми остальными силами природы. «Когда мы полностью разберемся в черных дырах, — утверждают исследователи, — мы поймем и происхождение Вселенной, и всю ее историю…» Открытие Ричстоуна и его коллег — серьезный шаг в данном направлении.

Пожиратели светил. Сегодня ученым стало ясно, что черные дыры бывают по меньшей мере двух сортов — звездные и галактические.

Звездные — поменьше; формируется такая дыра после того, как гигантская звезда, раз в 50 массивнее Солнца, исчерпает свое топливо и, сбросив оболочку, сожмется в шар диаметром 15-20 км. В большинстве случаев результатом такого коллапса становится образование плотной нейтронной звезды. Но иногда получается черная дыра, одиноко летящая в межзвездном пространстве и поглощающая все, что ни попадется на пути — газ, пыль, обломки астероидов и планет… Увидеть ее нельзя; ее можно только смоделировать на компьютере.

Однако некоторые черные дыры звездного размера все же обнаруживают себя, поскольку, как уже говорилось, представляют собой часть двойной системы — «компаньонку» обычной звезды. И, видя, как со звезды слетает и исчезает невесть куда часть материи, астрономы начинают подозревать неладное.

Недавно, например, исследователи обнаружили еще одну подобную пару. Оказалось, что некий спиралеобразный диск, значившийся под шифром В 404 CLJ, едва заметный в рентгеновском излучении, отсасывает из соседней звезды газ и прямо на глазах изумленных исследователей приканчивает ее.

Галактические черные дыры — в миллионы и миллиарды раз массивнее звездных. Они скрываются в самом центре галактик. Это свидетели почти всей истории Вселенной.

Три года назад телескоп «Хаббл» собрал неоспоримые свидетельства существования такой дыры в галактике М87. Газовый поток втягивался в воронку и закручивался уже на расстоянии 500 световых лет от роковой черты. Перед самым падением в дыру газ, словно агонизируя, выпускал струю электронов.

Такая же картина предстала перед взором астрономов и в нашей собственной Галактике — в центре Млечного Пути, в двух галактиках созвездия Льва и в одной из созвездия Девы.

Всего к настоящему времени обнаружено 11 галактических черных дыр, чья масса варьируется от 2 млн до 1 млрд солнечных масс. И чем массивнее, мощнее черная дыра, тем с большей скоростью мчатся в ее ненасытную пасть близлежащие звезды и прочие космические объекты.

И Млечный Путь ведет в дыру? Как уже говорилось, Стивен Хокинг предположил, что наряду с огромными — галактическими и звездными — черными дырами могут существовать и маленькие. «Такие мини-дыры могли образоваться в турбулентных завихрениях исключительной плотности и давления в результате Большого взрыва, с которого началось существование нашей Вселенной. И таких крошечных дыр должно быть в пространстве — видимо-невидимо!» — утверждает теоретик.

Предположение Хокинга пока еще остается гипотезой. Но шансы на то, что оно превратится в теорию, а потом и подтвердится на практике, повышаются с каждым днем — число обнаруженных черных дыр все увеличивается. Так, скажем, недавно германские астрономы пришли к выводу, что центральная часть нашей Галактики — Млечный Путь — представляет собой черную дыру.

Во всяком случае, Рейнхард Генцель, сотрудник Института внеземной физики имени Макса Планка, расположенного близ Мюнхена, заявил следующее: «Хотя строгих доказательств существования такой дыры пока еще нет, догадка основана на тех выводах, которые были сделаны фундаментальной наукой за последние годы».

Начиная с 1992 года сотрудники института предприняли тщательное измерение скоростей 39 звезд нашей Галактики. В результате измерений и выяснилось, что все они действительно движутся по круговым орбитам относительно притягивающей их центральной массы. Причем правильность формы орбит показывает, что данная масса огромна — в 2,5 млн раз превышает солнечную. Между тем телескопы и другие наблюдательные приборы не видят в данном месте пространства ничего. Отсюда и последовало логичное предположение: в центре Млечного Пути есть черная дыра.

Вселенские «пылесосы». Для чего природе черные дыры? Многие астрономы полагают, что деятельность по крайней мере некоторых из них тесно связана с квазарами. Так называются квазизвездные небесные объекты, не превышающие по размерам Солнечную систему, однако излучающие энергию с такой интенсивностью, как это не могут сделать и 100 млрд звезд, вместе взятые!

Откуда квазары берут на это энергию? Одно из предположений гласит: им поставляют ее черные дыры. Они, дескать, работают как вселенские пылесосы, всасывая в себя все и вся. Ну а поскольку согласно закону сохранения энергии материя не может исчезнуть бесследно, то она затем и излучается квазарами.

Однако если это так, то, получается, черные дыры должны быть связаны между собой какими-то энергетическими туннелями? Что именно собой представляют подобные туннели, как они устроены, ученые пока не знают.

Не могут они ответить также и на вопрос, должны ли квазар и черная дыра, взаимосвязанные между собой, обязательно находиться в одной галактике. По логике, можно допустить, что они попадаются в разных звездных скоплениях и даже, возможно, в разных мирах.

Если данное предположение подтвердится, то получится, что черные дыры являются не только довольно распространенными объектами Вселенной, но и способны служить точками перехода в иные измерения. О такой возможности давно уже говорят фантасты и некоторые теоретики. Да и вообще черные дыры таят в себе много диковинного…

Падение в бездну. В черных дырах внутреннее становится внешним, прямое — кривым. Наши привычные представления теряют всякий смысл. Пространство искривляется так сильно, что время останавливается. Граница между нашим миром и другими размывается.

Никакое другое явление природы не способно взорвать, опрокинуть, смести наши привычные представления о мире так, как это делают черные дыры космические объекты, наделенные самыми причудливыми свойствами. С другой стороны, как ни поражают они наше с вами дилетантское воображение, на взгляд физиков, они устроены на удивление просто. Их поведение можно полностью описать с помощью всего трех физических параметров: массы, заряда и момента количества движения.

Черные дыры — самые массивные объекты во Вселенной. А как предсказывал Альберт Эйнштейн в своей общей теории относительности, масса искривляет пространство. Поэтому там, где сосредоточена громадная масса, свет отклоняется от прямолинейной траектории и движется по кривой. Впервые этот эффект наблюдался в 1919 году во время полного солнечного затмения. Случившееся стало событием в истории физики. Измерения, проделанные учеными, уникальны по своей точности: отклонения звезд составили менее тысячной доли градуса.

Аналогичный эффект можно наблюдать и в данном случае. Когда световые лучи минуют черную дыру, их траектория искривляется. Наблюдается так называемый эффект гравитационной линзы. С определенной закономерностью меняется положение звезд: отдаленные галактики бесформенно искажаются; они выглядят ярче, чем на самом деле. Нередко свет, излучаемый ими, расщепляется. Таким образом, наблюдатель видит несколько изображений одного и того же объекта, лежащего за гравитационной линзой. Подчас вместо одного-единственного объекта мы видим ярко светящееся кольцо.

Когда световые лучи оказываются на определенном расстоянии от черной дыры, они либо начинают вращаться вокруг этого загадочного объекта, либо, двигаясь по спирали, падают в недра черной дыры и исчезают там навеки.

Компьютерные модели показывают, что вращающуюся черную дыру окружает раскаленный, светящийся газопылевой диск. Это свечение выдает присутствие гравитационного чудовища. Пространство в окрестностях черной дыры искажено настолько, что можно буквально заглянуть за угол.

Одна из таких моделей, например, показывает, что наблюдатель под углом 13 градусов смотрит на диск диаметром 1 млрд км. Черной дыры внутри диска поначалу нет, он напоминает кольцо Сатурна. Теперь поместим внутри него черную дыру, масса которой в 100 млн раз превышает массу Солнца. Под действием гравитации изображение диска изогнется и будет напоминать поля шляпы. А диск и черная дыра начинают вращаться, возникает асимметрия.

Еще одна любопытная компьютерная модель. Представим, что наблюдатель находится внутри кольцевого туннеля, окружающего черную дыру. На определенном расстоянии от нее экспериментатору начинает казаться, что туннель уже не огибает этот загадочный объект, а вытянулся по струнке. Еще удивительнее: вглядываясь в даль туннеля, человек неожиданно замечает впереди себя… свой собственный затылок. Переместим бесстрашного натуралиста поближе к черной дыре. Теперь туннель как будто поворачивается в сторону от черной дыры. Меняется опять же на взгляд нашего озадаченного наблюдателя — и направление, в котором действует центробежная сила: сейчас она направлена уже по радиусу к центру окружности, а не наружу. Под действием огромной гравитационной силы пространство выворачивается наизнанку: внешнее становится внутренним, внутреннее — внешним.

Итак, общая теория относительности утверждает, что «внешнее» и «внутреннее» вовсе не объективные, абсолютные понятия, а относительные — как, например, «лево» и «право», «верх» и «низ». Конечно, наш здравый рассудок восстает против такого заявления. И все же даже этот «выверт наизнанку» легче вообразить себе, нежели то, что произойдет дальше, вздумай наш экспериментатор отважно подступиться еще поближе к черной дыре.

Допустим, наш самонадеянный космонавт все же не утерпел и поддался любопытству. Он спешит навстречу неизведанному. Он решил в буквальном смысле слова добраться до черной дыры, дабы выведать ее тайны. Что же с ним приключится?

Поначалу ничего необычного мы не замечаем. Бортовые часы космического корабля показывают то же время, что и часы, которые держим в руке мы люди, благоразумно оставшиеся в стороне. Однако чуть позже часы космонавта, по идее, должны отставать от наших часов. Время, согласно Эйнштейну, «растягивается» — в гравитационном поле часы тикают медленнее, чем на некотором удалении от него. Чем ближе космонавт подбирается к «горизонту событий» — то есть поверхности, ограничивающей черную дыру, — тем дольше, на взгляд стороннего наблюдателя, тянется каждая секунда, отсчитываемая часами космонавта. Как только неосторожный экспериментатор достигнет горизонта событий, стрелки на его часах остановятся.

Что же теперь он собирается делать? Что мы увидим, когда космонавт приблизится к «горизонту событий»? Для нас его изображение как будто застынет. Его космический корабль, как видится нам, все так же парит над черной дырой. Тем временем краски все заметнее меняются; мы видим все больше красных, сумеречных тонов, ведь световые лучи, борясь с силой тяжести, постепенно теряют все больше энергии.

Для космонавта все происходящее выглядит совершенно иначе. Он не замечает, что время замедляет свой бег. Наоборот, оглянувшись назад, он увидит, что стрелки наших с вами часов мчатся как обезумевшие. Окружающие его предметы причудливо дефор мируются. Краски непрестанно переливаются. Гравитационное поле черной дыры все яростнее притягивает космический корабль.

Допустим, наш космонавт устремляется в сторону крохотной черной дыры, масса которой всего в пару раз превышает массу Солнца. Тем не менее центростремительные силы здесь настолько велики, что экспериментатор вместе с космическим кораблем вытягивается словно спагетти, а чуть позже разрывается на части. В общем, хорошо, что наш эксперимент чисто умозрительный и мы можем повторить его заново.

Направим теперь космический корабль к громадной черной дыре — наподобие тех, что прячутся в центре галактик. В данном случае плотность материи близ «горизонта событий» пока еще так мала, что дерзкий путешественник целым и невредимым проникает «туда, откуда никто не возвращается». Весь свет Вселенной сжимается над ним, образуя крохотный, поблескивающий диск. Проходит несколько минут. Космонавт пока еще с упоением изучает недра таинственного объекта. Впрочем, никто из людей, оставшихся по ту сторону черной дыры, никогда не узнает о сделанных им открытиях. Ни один радиосигнал никогда не вырвется из гравитационного поля черной дыры. Оттуда не вырвется и сам космонавт.

Впрочем, он к тому же никогда и не проникнет в глубь черной дыры и не узнает, что же творится в самом центре ее. Его тело распадется на молекулы. Даже атомы, составляющие его тело, не вынесут падения в бездну.

Что станет с ними? Будут ли их обломки окончательно уничтожены? Или же они вновь объявятся, например, в некой другой Вселенной? Пока трудно ответить на эти вопросы. Нельзя пока сказать, что происходит с информацией, которая содержится в материи, падающей в черную дыру. Возможно, внутри черной дыры перестают действовать фундаментальные физические законы сохранения материи…

На что годна черная дыра? Пока все рассуждения на эту тему чисто гипотетические. Тем не менее ученые уже сегодня принимаются размышлять о том, можно ли использовать во благо человечества сии гравитационные колоссы? Свои идеи они выверяют в точном соответствии с известными нам законами природы, хотя по части фантастичности их рассуждения вряд ли уступают иным литературным творениям.

Черные дыры поглощают любые объекты. Они пожирают все. Вот и прекрасно! Туда можно сбрасывать любые, самые вредные отходы военного и промышленного производства. Никакой утечки не будет. Черная дыра не прохудится никогда, все переработает. Вот она, практическая польза от «прорехи в пространстве».

Далее, черная дыра может стать мощнейшим источником энергии. Ведь около 20 процентов энергии вращающейся черной дыры накапливается в ее эргосфере, а это во многие тысячи раз больше, чем способно выработать Солнце за все время своего существования.

Эргосфера — это экваториальная область, лежащая вне «горизонта событий». Когда гравитационная ловушка вращается, она увлекает за собой эргосферу. Любые объекты, проносящиеся сквозь эту область, подпитываются энергией вращения черной дыры и неимоверно ускоряются.

Когда цивилизация достигла бы высочайшего технического уровня развития, она могла бы использовать этот эффект. Эргосфера какой-нибудь черной дыры служила бы этим «продвинутым» технократам неиссякаемым источником энергии. С ее помощью, например, можно было бы разгонять космические корабли. Или действовать по такой схеме: запускать какой-нибудь объект в эргосферу, а потом — когда он, естественно, резко ускорится — преобразовывать его кинетическую энергию в нечто полезное.

Впрочем, гравитацию можно использовать и во вред человечеству — для создания разрушительного оружия. Если удастся, скажем, огородить черную дыру, словно забором, сплошной зеркальной поверхностью, то можно будет смастерить гравитационную бомбу. Для этого надо проделать отверстие в нашем полом зеркальном шаре, а потом чем-нибудь посветить в это отверстие — карманного фонарика будет достаточно, чтобы привести в действие адский механизм. После этого отверстие следует наглухо заделать и улепетывать со сверхсветовой скоростью! Механизм уже включился…

Блуждая внутри полого зеркала, луч света будет непрерывно отражаться от его стенок. Всякий раз, когда луч минует эргосферу, его энергия будет резко возрастать. Постепенно давление внутри шара увеличится до громадной величины. Наконец, шар лопнет, молниеносно распространяя излучение. Взрыв атомной бомбы по сравнению с этой катастрофой сущий пустяк.

Впрочем, для утешения добавим: чтобы создать гравитационную бомбу, нужно пойти на неимоверные технические затраты, поэтому вряд ли этот ужасный сценарий будет когда-либо осуществлен на практике.

Антиматерия в черных дырах?! И наконец, есть еще одна польза от этой «прорехи». Теория, созданная несколькими поколениями физиков — так называемая стандартная модель, — на первый взгляд устанавливает равноправие между материей и антиматерией; частиц и античастиц во Вселенной должно быть поровну. Однако, как заметил еще в 60-е годы нашего века академик Б. П. Константинов, поиски антиматерии в окружающем мире ни к чему не привели. Лишь в наши дни исследователи научились синтезировать антиматерию в микроскопических количествах — буквально считанные атомы.

И вот теперь, похоже, кладовая антиматерии найдена в нашей Галактике.

Специалисты давно подозревали, что неподалеку от центра Млечного Пути имеется громадная черная дыра. Около года назад американские астрономы действительно обнаружили некий фонтанообразный выброс в предсказанном районе, на расстоянии каких-нибудь 30 тыс. световых лет от нас и 3 тыс. световых лет от оси самой Галактики.

Предполагают, что именно там под действием чудовищной гравитации и происходит превращение материи в антиматерию. И если обычная материя поглощается дырой, то взамен она выбрасывает в окружающее пространство антиматерию.

Пока, конечно, это не более чем гипотеза. Ведь никому еще не удалось разглядеть толком даже саму черную дыру — о ее наличии судят лишь по поведению окружающей ее материи. А гамма-излучение, наблюдающееся в указанном месте, может в принципе возникнуть не только в результате аннигиляции,-но и при других природных процессах.

Тем не менее открытый протуберанец гамма-лучей в центре Галактики — лучшее на сегодняшний день подтверждение гипотезы о существовании там черной дыры.

А чтобы разобраться с античастицами, американские исследователи весной 1998 года вывели в космос детектор для их регистрации. По своей чувствительности этот прибор в 10 тыс. раз превышает характеристики аналогичных систем прошлого поколения. После испытаний подобные детекторы будут постоянно функционировать на международной орбитальной станции «Альфа». Глядишь, с их помощью действительно удастся обнаружить и сами черные дыры, и антиматерию в них.