Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли

Однако, несмотря на такую относительную мягкость, они значатся среди самых опасных объектов в космосе, способных разрушить целую галактику. Сверхмассивные черные дыры на самом деле оказываются причиной некоторых из наиболее высокоэнергетических явлений во Вселенной.

Например, на протяжении многих десятилетий квазары (этот термин образован от их полного названия по-английски: quasi-stellar radiosource, “квазизвездный радиоисточник”) оставались настоящей загадкой. Сегодня их принято обозначать аббревиатурой QSO, то есть “звездоподобные объекты”. Речь о самых мощных источниках света во Вселенной, открытых в конце 1950-х годов. Первоначально они привлекли к себе внимание из-за того, что излучали мощные радиосигналы; но когда на них навели оптические телескопы, то было зарегистрировано и очень сильное световое излучение. Активная область была очень маленькой, практически точечной, как будто это была одна звезда, породившая такое чудо.

Но никакая звезда не может сиять в тысячу раз сильнее, чем двести миллиардов звезд Млечного Пути. Короче говоря, в тех далеких галактиках происходило нечто загадочное, связанное с необычными небесными объектами. Ученые выдвинули самые причудливые гипотезы, но в конце концов наиболее полные из собранных данных сложились в сенсационный вывод: именно черные звезды сияли ярче всех. Точечные объекты, светившие так сильно, находились в центре галактик, где прятались сверхмассивные черные дыры. Часто забавные “драконы”, как в сказках, спокойно спят, когда их никто не тревожит, но иногда они во всю мощь показывают свой характер, плюясь огнем, светом и всевозможным электромагнитным излучением на чудовищные расстояния, – и в данном случае в этой роли выступали активные ядра галактик.

Сверхмассивные черные дыры, обнаруженные в ядрах многих галактик, чаще всего довольно мирные, как это очевидно в случае со Стрельцом А*: эта черная дыра хотя и стягивает в себя вещество, полученное от расчленения соседних звезд, но в целом ведет себя очень воспитанно и сдержанно. Мы лишь недавно узнали о ее существовании, да и то только потому, что хотели любой ценой заглянуть внутрь галактического ядра. Из любопытства мы решили посмотреть, что происходит под покровом все скрывавшей пыли, и обнаружили, что черная дыра Стрелец А* играет в кошки-мышки со звездами, быстро кружащимися около нее. В остальном ничего странного не происходило.

Ядро нашей Галактики, если смотреть издали, не вызывает никакого беспокойства: от него нет ни опасного излучения, ни другого какого вреда. В этом отношении нам повезло. Иногда случается, что галактическое ядро то и дело переживает приступы возбужденного состояния, и тогда – да, это беда для всех. Так бывает, когда непосредственно вблизи галактического центра плотность вещества очень высока – много звезд, газа и пыли. Одним словом, если рядом с черной дырой оказывается слишком много пищи, у нее случаются пароксизмы обжорства. Вокруг нее возникает огромный аккреционный диск, вещество расчленяется на части, которые закручиваются в этой инфернальной карусели с огромной скоростью, а столкновения, притяжения и отталкивания между затянутыми в нее лохмотьями сопровождаются явлениями, нагревающими все вокруг на миллионы градусов.

При ионизации и разложении на элементарные составляющие вещество создает вокруг себя мощные магнитные поля, которые, в свою очередь, вступают во взаимодействие с самим веществом. Когда у черной дыры большой аккреционный диск, мы часто наблюдаем колоссальные струи элементарных частиц и электромагнитного излучения из ее полюсов. Это коллимированные высокоэнергетические пучки частиц и фотонов, испускаемых активным ядром в направлении, перпендикулярном плоскости галактики. Полученные фотографии впечатляют: на них можно видеть огромные нити материи, выходящие из центра галактики и простирающиеся на десятки тысяч световых лет. Интенсивное свечение в форме лепестков, распускающихся вокруг галактики, протуберанцами заполняет области пространства в миллионы световых лет.

Детали этого явления пока еще не совсем ясны. Предполагается, что какая-то часть ионизированной материи исчезает за горизонтом событий, увеличивая массу черной дыры, а другая ее часть отклоняется к полюсам, разгоняясь со страшным ускорением. В космосе мы как будто видим сотни ускорителей в действии, гораздо более мощных, чем Большой адронный коллайдер, в которых создаются релятивистские струи, подобные тем, что мы изучаем в ЦЕРН, но размерами сопоставимые с размерами галактики.

У небольшой части активных галактик возникают свои собственные струи, весьма впечатляющие, направленные прямо на Землю. В этом случае мы можем наблюдать электромагнитное излучение, линии в спектре которого сильно расширяются из-за огромной скорости струй, характеризующихся также быстрыми и резкими изменениями потока. Исторически такие источники называют блазарами, это имя им дали по первому странному объекту, демонстрировавшему подобное поведение, – BL Ящерицы: при открытии его посчитали переменной звездой в созвездии Ящерица в нашем Млечном Пути. При подробном рассмотрении выяснилось, что это галактика в девятистах миллионах световых лет от нас. Природа необычного явления оказалась связана с активным ядром галактики, а вызывавший его объект нашел свое место в более широком классе.

Квазары, блазары и активные галактические ядра в целом встречаются во Вселенной относительно редко, но счет уже идет на сотни тысяч. Очень немногие из них попадаются в карликовых галактиках, но в гораздо большем количестве, от одного до пяти, их можно обнаружить внутри гигантских эллиптических галактик, что свидетельствует о слиянии в прошлом нескольких галактик в одну.

Кажется, теперь также установлена сильная зависимость от возраста галактики. Например, высока доля квазаров в самых ранних галактиках; это указывает на то, что фундаментальную роль в их формировании играют активные галактические ядра. Дополнительным аргументом в пользу этого предположения служит то, что самый старый идентифицированный квазар возник всего через семьсот миллионов лет после Большого взрыва. Словом, они уже присутствовали в первых крупных структурах, но пик в их распределении приходится на те структуры, возраст которых датируется примерно десятью миллиардами лет, а в более молодых их доля снижается с уменьшением возраста.

Похоже, это связано с механизмом прогрессирующего исчерпания необходимого горючего. Черная дыра все копит в себе: она сжигает и перерабатывает все вещества, какие ей только удается собрать поблизости на протяжении миллиардов лет. И сам этот механизм, и очень сильное излучение, им порождаемое, приводят к истощению всякого горючего в ядре. В отсутствие поступлений нового вещества аккреционный диск постепенно рассасывается – и процесс сам себя исчерпывает.

Тем же самым можно объяснить, почему у многих больших галактик вроде нашей хотя и есть огромная черная дыра, но нет активных ядер: для этого там недостаточно материала. Значит, по поводу Млечного Пути мы можем спать спокойно. Если только он не столкнется с галактикой Андромеды. Случись такое, в ядре из-за их слияния снова может оказаться достаточно вещества для его реактивации – и жизнь на планетах галактики может стать довольно сложной.

В конечном счете роль этих всепожирающих чудовищ, расположившихся в центре многих галактик, оказывается существенной в