Время открывает все сокрытое и скрывает все ясное.
№ 64Метод Шерлока Холмса. Как найти черную дыру?
Черная дыра — это область с таким сильным притяжением, что ее не может покинуть ничто, даже свет. Поэтому увидеть саму черную дыру невозможно, о ее существовании ученые догадываются по поведению расположенных поблизости космических объектов: вокруг черных дыр вращается горячий газ, звезды, притягиваемые гравитацией, движутся быстрее.
Чаще всего о существовании черной дыры астрономы догадываются, обнаружив аккреционный диск — плоское облако газообразного вещества. Чем ближе газ к черной дыре, тем горячее и плотнее он становится и тем больше рентгеновских лучей испускает. Их и обнаруживают специальные телескопы. Если же поблизости от черной дыры не оказалось газа, то обнаружить ее можно лишь в то время, когда она будет проходить мимо галактики или отдельной звезды и они изменят траекторию движения.
№ 65Препарируем монстра. Строение черной дыры
Если разобрать черную дыру «на кирпичики», то можно обнаружить три составляющие, которые в нее входят. Прежде всего, горизонт событий — так называется граница черной дыры. Вторая составляющая, суть черной дыры, находящаяся в самой ее сердцевине, — сингулярность. Здесь пространственно-временной континуум настолько искривлен, что превращается в бесконечность. И, наконец, вещество, попадающее в черную дыру и подвергающееся действию сингулярности.
Тело, попавшее за горизонт событий, падает в центр дыры и уже никогда не сможет выбраться наружу. Размер горизонта зависит от массы черной дыры. Например, звезда, масса которой была в три раза больше массы Солнца, превратившись в черную дыру, будет иметь горизонт событий диаметром 18 км. Это самая маленькая черная дыра. В центре нашей галактики находится черная дыра диаметром 6 миллионов километров. Она могла образоваться из звезды или нескольких звезд массой в миллион Солнц. Если бы можно было сделать черную дыру из нашей Земли (а это невозможно, потому что она является планетой и весит слишком мало), то ее горизонт составил бы 2 см в диаметре.
Вещество, приблизившееся к горизонту событий, притягивается черной дырой и начинает стремительное движение внутрь нее. Перейдя горизонт, оно затягивается в центр, туда, где находится вещество бесконечной плотности, и вливается в него.
Привычные нам фундаментальные законы физики в этом месте не действуют, а какие действуют — современной науке точно не известно. Одно можно сказать с определенностью: пространство, попадая в черную дыру, меняет свою природу, время искажается, вещество претерпевает невероятные изменения.
Ключом ко всякой науке является вопросительный знак.
№ 66Сто тысяч солнц. Квазары
Сначала квазары принимали за звезды: с большого расстояния эти объекты выглядят как светящиеся точки. Но когда по электромагнитному излучению было рассчитано расстояние до этих звезд и их яркость, ученые испытали настоящий шок. Потому что звезду, расположенную так далеко от нас, увидеть нельзя. И звезда не может быть настолько яркой. Квазары светятся в десятки, а иногда и в сотни раз ярче, чем все звезды нашей галактики, вместе взятые. При этом их размеры сопоставимы с размером Солнечной системы, то есть квазары в сотни тысяч раз меньше средней галактики.
Астрономы назвали новые космические объекты квазарами и занялись их изучением. На сегодняшний день о них известно не так уж и много: каждый квазар расположен в центре галактики, он постоянно меняет степень яркости, свет от квазаров идет до нас миллиарды лет.
№ 67Где-то убыло, где-то прибыло. Система «черная дыра — квазар»
Квазары открыты астрономами совсем недавно, в середине XX века. О том, что они собой представляют, до сих пор идут споры. У ученых есть несколько теорий, и какая из них правильная, пока не известно. По одной из версий, квазары — это молодые галактики, зародившиеся совсем недавно, по звездным меркам. В центре такой галактики находится черная дыра, поглощающая вещество. От прилегающей к ней области и исходит яркое свечение. Ведь межзвездный газ вокруг черной дыры всегда находится в разогретом состоянии.
Квазары включают в себя не простые, а сверхмассивные черные дыры, поэтому излучение у них такое мощное. А перемены яркости объясняются так: когда в область притяжения черной дыры попадает новый объект, она вспыхивает. Когда «питание» не поступает, ее свет угасает. Нужно сказать, что аппетит у квазара отменный, он поглощает звезды, их системы, скопления и целые галактики. Со временем черная дыра поглотит все вещество в пределах досягаемости и перестанет светиться. Вероятно, такое произошло и с черной дырой в центре нашей галактики. Она «съела» все, до чего могла дотянуться, и теперь находится в состоянии покоя.
По другой версии, квазары — это не сами черные дыры, а часть системы, состоящей из черной дыры, квазара и соединяющего их туннеля. Черная дыра поглощает объекты, а потом поглощенная энергия выбрасывается через квазар.
Есть еще одна интересная теория: квазары — это такие специальные точки во Вселенной, где образуется новая энергия и материя, которая потом распространяется повсеместно. То есть квазары — это космические батарейки, подпитывающие Вселенную.
Наш мир погружен в огромный океан энергии.
№ 68Невидимый суперклей. Темная материя
Изучая перемещение объектов во Вселенной, ученые еще в 20–30-х годах XX века заметили странное явление: некоторые галактики двигались с очень высокой скоростью и при этом их звезды не разлетались в разные стороны, хотя, по известным законам физики, должны были. Массы галактик было явно недостаточно для того, чтобы удержать такое количество звезд вместе. Поэтому было выдвинуто предположение, что, кроме видимых небесных объектов, существует какая-то невидимая материя. Масса этой материи и делает галактику достаточно «тяжелой» для того, чтобы она сохраняла устойчивость.
В 1960–1970-х годах астрономы вооружились более мощными приборами и обнаружили новые свидетельства существования неизвестной материи, которую назвали темной. Выяснилось, что если сложить массы всех звезд в любой галактике и сравнить с массой всей галактики в целом, то последняя будет больше. Значит, в галактиках есть невидимое массивное вещество.
Еще одно доказательство существования темной материи: звезды, расположенные на окраинах галактик, движутся практически с такой же скоростью, как звезды в центре. Хотя они должны двигаться медленнее, чтобы оставаться на своих орбитах, ведь по мере удаления от центра гравитация ослабевает. Было сделано предположение, что каждую галактику окружает невидимое гало, состоящее из темной материи и оказывающее гравитационное воздействие на звезды.
Получается, что темная материя действует подобно клею: она при помощи гравитации удерживает вместе звезды, галактики и скопления. Влияние темной материи на развитие и существование Вселенной еще недостаточно изучено, но понятно, что оно очень значительно.
Астрономия — наука загадок.
№ 69Фантастика или физика? Антиматерия
Антиматерия давно присутствует в фантастических книгах и фильмах, причем у нее довольно зловещая репутация: считается, что она могла бы уничтожить всю Вселенную. Так ли это?
Впервые ученые заговорили об античастицах в 30-х годах XX века, когда активно развивалась квантовая физика. Существование античастицы предсказал английский физик Поль Дирак. Он был уверен, что у каждой элементарной частицы, входящей в состав атома, должен быть зеркальный двойник с идентичной массой и противоположным электрическим зарядом. Очень скоро американский астрофизик Карл Дэвид Андерсон, изучавший космические лучи, обнаружил античастицу электрона — позитрон. Позже в космическом излучении нашли антипротон. Все остальные античастицы ученые получают в лабораторных условиях.
Теоретически, в результате Большого взрыва во Вселенной должно было образоваться равное количество материи и антиматерии, но наблюдения показывают, что это не так. Над загадкой антиматерии сегодня работают физики всего мира. Возможно, в ближайшем будущем будет найден ответ.
Само по себе антивещество не опасно, но если оно взаимодействует с веществом, то происходит выброс энергии невиданной силы. Если соединить 1 кг вещества и столько же антивещества, то количество выделенной энергии будет таким же, как при взрыве 42 мегатонн тротила. Этого достаточно, чтобы стереть с лица земли мегаполис с пригородами. Таким образом, небольшое количество антивещества может производить огромное количество энергии, и ученые вместе с фантастами не могут не задумываться о ее использовании, к примеру, в двигателях космических кораблей. Но на сегодняшний день антивещество может производиться в лабораториях лишь в микроскопических количествах.
Существует лишь то, что можно измерить.
№ 70На стороне зла. Темная энергия
В 1990-х годах, проводя наблюдение за сверхновыми звездами, яркость которых была давно известна, астрономы обнаружили, что они становятся тусклее, а значит, удаляются. О расширении Вселенной астрономы уже знали, и это принималось во внимание при расчетах, но звезды удалялись от нас быстрее, чем следовало. Вывод мог быть один: Вселенная не просто расширяется, а расширяется с ускорением. Какая же сила влияет на увеличение скорости расширения, отталкивая галактики друг от друга? По мнению ученых, это может быть неизвестная энергия, обладающая отрицательным давлением. По аналогии с темной материей, эту энергию назвали «темной».