Смерть в черной дыре и другие мелкие космические неприятности - Нил Деграсс Тайсон

Если провести тщательный анализ колебаний интенсивности света во всех полосах спектра, можно сделать грубую, но информативную оценку трехмерной структуры вещества, окружающего активное ядро. Например, светимость в рентгеновском диапазоне может колебаться в пределах нескольких часов, а в диапазоне видимого красного света – в течение нескольких недель. Если вы сопоставите эти факты, то сделаете вывод, что часть активной галактики, которая испускает красный свет, значительно больше, чем часть, которая излучает в рентгеновском диапазоне. Это упражнение можно проделать для разных диапазонов света – и тогда получится на удивление полная общая картина всей системы.

Все это происходило в далеких квазарах вскоре после рождения Вселенной – а почему больше не происходит? Почему у нас под боком нет ни одного квазара? Может, у нас под носом таятся мертвые квазары, просто мы о них ничего не знаем?

Есть несколько хороших способов это объяснить. Самое очевидное объяснение – в ядрах соседних галактик кончились звезды, служившие топливом для галактических двигателей, поскольку все звезды, чьи орбиты проходили слишком близко к черной дыре, уже поглощены и образовался вакуум. А без еды и никакой отрыжки не будет.

Более интересный механизм отключения галактических двигателей основан на том, что происходит с приливными силами по мере нарастания массы черной дыры (и расширения горизонта событий). Как мы увидим чуть дальше, приливные силы не имеют отношения к общему гравитационному воздействию на тело, главное – разница гравитации с разных его сторон, а чем ближе к центру, тем эта разница больше. Поэтому большие, сверхмассивные черные дыры на самом деле обеспечивают меньше приливных сил, чем маленькие черные дыры с небольшой массой. В этом нет никакого противоречия. Гравитационное воздействие Луны на Землю очень мало по сравнению с гравитацией Солнца, однако близость Луны позволяет ей оказывать гораздо более сильное приливное воздействие на нас с расстояния всего в 384 000 километров.

Значит, если черная дыра съест очень много, то ее горизонт событий разрастется до таких размеров, что его приливных сил уже не хватит на то, чтобы разорвать звезду. И тогда вся потенциальная энергия гравитации звезды преобразуется в скорость, и звезда, попав за горизонт событий, заглатывается целиком. Не будет никакого преобразования в тепло и излучение. Этот отсечной клапан запускается, когда черная дыра набирает массу примерно в миллиард масс Солнца.

Все это очень правдоподобные гипотезы, которые и в самом деле снабжают нас богатым арсеналом инструментов для объяснения происходящего. Единая картина предсказывает, что квазары и другие активные галактики – это просто начальные главы в жизни галактического ядра. Чтобы это подтвердилось, нужны изображения квазаров с особой экспозицией, на которых была бы видна неяркая размытая структура галактики вокруг ядра. Квазар настолько ярче окружающей галактики, что нужно применять особые фильтры, чтобы увидеть хоть что-нибудь кроме самого квазара. И в самом деле, почти все изображения с высоким разрешением показывают окружающий квазар «пух». Однако есть и несколько исключений – «голые» квазары, которые обманывают ожидания стандартной модели. А может быть, эти галактики просто невозможно рассмотреть, потому что не хватает чувствительности приборов.

Единая картина предсказывает также, что рано или поздно квазары сами себя отключают. В сущности, единая картина должна предсказывать это хотя бы потому, что поблизости от нас нет ни одного квазара. Но еще это означает, что черная дыра в ядре галактики – это обычное явление, даже если ядро галактики неактивно. И в самом деле, список ближайших галактик, в ядрах которых затаились спящие сверхмассивные черные дыры, растет с каждым месяцем, и в него входит наш Млечный Путь. Их существование выдают сверхскорости, до которых разгоняются звезды, когда они приближаются (но не слишком) по своим орбитам к черной дыре.

Плодотворные научные модели – это всегда соблазнительно, но иногда нужно задаваться вопросом, почему, собственно, модель так плодотворна – потому что она описывает глубокие научные истины или потому, что в ее конструкцию входит много переменных, которые можно подстраивать таким образом, чтобы объяснить что угодно. Можно ли сказать, что мы уже достаточно поумнели, или нам просто не хватает какого-то инструмента, который изобретут или откроют завтра? Об этой дилемме очень хорошо написал английский физик Деннис Скьяма:

С тех самых пор, когда люди обнаружили кости вымерших динозавров, ученые высказывали самые разные предположения о том, куда подевались эти злополучные звери и почему так вышло. Может быть, глобальное потепление иссушило все доступные источники воды. Или вулканы покрыли всю землю слоем лавы и отравили воздух. А может, слишком много первых млекопитающих полюбили есть яйца динозавров на ужин. Или динозавры-мясоеды подъели всех динозавров-вегетарианцев. Или потребность в воде привела к массовым миграциям, отчего стремительно распространились инфекционные заболевания. А может быть, все дело было в изменении ландшафта из-за тектонических сдвигов.

У всех этих катастроф есть одна общая черта: ученые, которые выдвинули эту гипотезу, были очень хорошо приучены смотреть себе под ноги. Но есть и другие ученые, овладевшие искусством смотреть вверх, и они решили проследить связь между особенностями земной поверхности и визитами бродяг из дальнего космоса. Возможно, некоторые из этих особенностей возникли в результате падения метеоритов – например, кратер Барринджера, знаменитое углубление в виде глубокой тарелки в Аризонской пустыне. В пятидесятые годы XX века американский геолог Юджин М. Шумейкер и его сотрудники обнаружили там разновидность горной породы, которая формируется только при очень высоком давлении, пусть и в течение очень короткого времени, – именно такие условия создает стремительно движущийся метеорит. Геологи в конце концов пришли к согласию, что кратер получился именно в результате падения метеорита (теперь его иногда так и называют – «Метеоритный кратер»), и открытие Шумейкера воскресило к жизни концепцию катастрофизма, модную в XIX веке, – идею, что изменения в коре нашей планеты могли быть вызваны краткими, но мощными разрушительными воздействиями.

Едва открылся простор для спекуляций, как все заинтересовались, не могло ли получиться так, что и динозавры погибли от рук такого же метеорита-убийцы, только крупнее. Познакомьтесь, иридий – металл, который на Земле встречается редко, зато его часто находят в металлических метеоритах, а еще его подозрительно много в слое глины, возраст которой составляет 65 миллионов лет, и она встречается в самых разных местах по всему свету. Эта глина, датирующаяся примерно тем же временем, когда динозавры нас покинули, указывает на момент преступления – конец мелового периода. А теперь познакомьтесь, кратер Чиксулуб – вмятина диаметром 200 километров на краю мексиканского полуострова Юкатан. Ему тоже около 65 миллионов лет. Компьютерные модели изменений климата ясно показывают, что любой удар, оставивший по себе этот кратер, выбросил в стратосферу такой огромный кусок земной коры, что неминуемо вызвал климатическую катастрофу. Чего еще желать? У нас есть и преступник, и дымящийся пистолет, и признание.