Вселенная с нуля. От Большого взрыва до абсолютной пустоты - Жак Поль

есть колебания пространства-времени, распространяющиеся со скоростью света.

В конце 1960-х годов физики попытались обнаружить эти волны, измеряя деформации в огромных металлических цилиндрах. Однако выявить колебания пространства не удалось: эффект прохождения гравитационных волн оказался столь слабым, что тогдашнее сравнительно примитивное оборудование его не почувствовало. И только на рубеже XXI века для обнаружения гравитационных волн создали обсерватории, оборудованные лазерными интерферометрами.

Один из таких амбициозных проектов, LIGO, представляет собой два интерферометра, расположенные в удаленных друг от друга точках США: в Луизиане и в округе Вашингтон. После нескольких лет отладки и совершенствования гравитационных детекторов 14 сентября 2015 года физики наконец смогли зарегистрировать слияние черных дыр. Это событие, каталогизированное под ничего не говорящим непосвященным кодом GW150914, взволновало весь научный мир, принеся Нобелевскую премию по физике создателям проекта LIGO американцам Райнеру Вайсу, Кипу Торну и Барри Баришу. Оно к тому же послужило и окончательным доказательством существования черных дыр. Очень скоро было обнаружено и второе событие того же вида: GW151226. Так возникла новая ветвь астрономии.

☛ СМ. ТАКЖЕ

Тайна килоновой (130 миллионов лет назад)

Радиус Шварцшильда (1916)

Регистрация гравитационных волн в космосе (2035)

Слияние нейтронных звезд (Через 300 миллионов лет)

2019

Первый портрет черной дыры

Интерферометр со сверхдлинной базой, развернутой на всю нашу планету, позволил международному коллективу ученых создать первое изображение черной дыры, угнездившейся в ядре гигантской эллиптической галактики Мессье 87.

Согласно представлениям астрофизиков, черная дыра – это объект настолько плотный и компактный, что умещается в границах сферы некоторого предельного радиуса – радиуса Шварцшильда. Ничто не характеризует черную дыру точнее, чем ее горизонт событий – сфера радиусом, равным радиусу Шварцшильда. За этот горизонт не может вырваться наружу даже свет. Чтобы получить изображение такого поистине невидимого объекта, следует рассмотреть его на фоне яркого излучения. Все источники излучения, которые подбираются к черной дыре слишком близко, захватываются ее тяготением и проваливаются в ее недра; те, чья траектория проходит на достаточно большом расстоянии, улетают обратно в космос; и лишь те, что подходят к черной дыре ни слишком близко, ни слишком далеко, разрываются на части под действием мощной гравитации и окружают горизонт событий светящимся диском. В 1979 году французский астрофизик Жан-Пьер Люмине стал первым, кто сумел рассчитать параметры изображения черной дыры звездной природы, видимой из бесконечного пространства и освещенной опоясывающим ее сияющим диском. Изображение облетело весь научный мир, его можно увидеть даже в научно-фантастическом фильме «Интерстеллар», в сцене, где астронавты оказываются вблизи черной дыры.

В конце XXI века астрофизики задумали получить изображения ряда сверхмассивных черных дыр, обладающих огромными диаметрами. Ученые, посчитав, что наилучшие результаты даст наблюдение подходящих кандидатов на миллиметровых волнах методом радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой, в 2006 году организовали научное сотрудничество в масштабах всей планеты. Сегодня сеть EHT, называемая «Телескопом горизонта событий» (Event Horizon Telescope), включает более двухсот исследовательских обсерваторий; в ней задействованы восемь радиотелескопов, разбросанных по всему земному шару и идеально синхронизированных посредством атомных часов. Наблюдения ведутся на длине волны в 1,3 мм; сеть работает как гигантский радиоинтерферометр с базой размером с земной шар, что обеспечивает угловое разрешение в двадцать микросекунд дуги. Подобная оптическая точность позволила бы читать газету в Нью-Йорке, сидя в парижском кафе!

В апреле 2017 года проект EHT смог за четыре сеанса наблюдений получить изображения ядра гигантской эллиптической галактики Мессье 87, самой большой галактики скопления Девы. В центре Мессье 87, как предполагают ученые, находится сверхмассивная черная дыра. После долгих месяцев, посвященных обработке огромного объема полученных данных на специализированных вычислительных машинах, 10 апреля 2019 года американский астрофизик Шепард Долеман от имени всех сотрудников проекта EHT объявил: «Мы получили первое изображение черной дыры».

☛ См. также

Радиус Шварцшильда (1916)

Коллапс Местной группы (Через 300 миллиарда лет)

Завтра и потом?

Вселенная стала взрослой около двенадцати миллиарда лет назад, а первые признаки ее старения должны появиться не раньше, чем через двадцать миллиарда лет, а может быть, и гораздо позже – если космос не постигнут катастрофы Большого разрыва или Большого сжатия. Оба эти сценария теоретически возможны, однако, более правдоподобным кажется, что течение времени в природе не прекратится и Вселенная закончит существование впадением в Большое обледенение или в состояние тепловой смерти. Но как бы то ни было, волшебная история Вселенной будет продолжаться еще долго и сопровождаться событиями, которые можно успешно предвидеть и даже датировать, поскольку в целом Вселенной управляют уже известные нам законы физики.

К примеру, этапы эволюции Солнца предвидеть вполне реально. Ведь те реакции, что происходят в недрах Солнца, таят в себе все меньше и меньше загадок для физиков-ядерщиков, изучающих их весьма подробно в лабораториях. Для того чтобы предсказать будущее Солнца, астрофизики могут обратиться к наблюдениям множества звезд такого же типа, образовавшихся гораздо раньше. Некоторые из них, уже вошедшие в более поздние стадии своей эволюции, – пример того, во что со временем превратится Солнце. Поэтому предсказания событий, которые будут сопровождать ту или иную фазу существования Солнца, вполне достоверны.

То же самое относится и к событиям, связанным с механикой движения небесных тел, таких как прибытие космического зонда на орбиту Сириуса или будущее слияние Млечного Пути и галактики Мессье 31.

Некоторые типы событий, уже случавшихся в прошлом, несомненно, повторятся и в будущем, но мы не можем предсказать их точную дату. Например, мы знаем, что в середине XIX века Земля пережила последствия мощного взрыва на Солнце. Весьма вероятно, что похожее событие произойдет в середине третьего тысячелетия, но точность такого предсказания весьма приблизительна. Это касается многих теоретически возможных событий отдаленного будущего.

Остаются еще рукотворные события, связанные с человеческой деятельностью, и они – самые непредсказуемые. Например, это касается полета на Марс: некоторые руководители НАСА предполагали, что он состоится еще до конца ХХ века, во время активных полетов на Луну по программе «Аполлон», однако отправка экипажа к Красной планете еще даже не запланирована… Трудно предсказать и будущие открытия, которые могут привести к созданию новых методов исследований: даже если ученые и запланировали их, все случайности предусмотреть невозможно.

2020

Первая частная тяжелая ракета-носитель

Американская аэрокосмическая компания SpaceX запускает в космос семейство многоразовых ракет-носителей, в том числе и тяжелую ракету, чей первый полет должен был состояться в 2020 году.

В начале 1970-х годов американцы выиграли космическую гонку, первыми высадившись на Луне, но затем отказались от космических авантюр. Президент США Ричард Никсон, не захотев взять на себя ответственность и положить конец полетам американских астронавтов, открыл зеленую улицу проекту многоразового космического челнока, посредством которого НАСА