Эта массивная убегающая звезда несется так быстро, что создает перед собой ударную волну, видимую на снимке как искривленная красная полоска.
Другие звезды продолжают дрейфовать в пространстве сами по себе. Наши наблюдения показывают, что «бездомных» звезд может быть чуть ли не столько же, сколько и обычных, непотревоженных звезд внутри галактик.
К космическим событиям, пользующимся особой популярностью у астрофизиков, относятся сверхновые: звезды, которые взрываются до основания, разлетаясь при этом в разные стороны и на несколько недель становясь в миллиард раз ярче обычного.
В самые совершенные телескопы мы можем наблюдать сверхновые по всей Вселенной. Большинство из таких вспышек происходит внутри галактик, но ученые нашли более десятка сверхновых, которые взорвались вдали от галактических окрестностей. Как правило, на одну звезду, становящуюся сверхновой, приходится от ста тысяч до миллиона окрестных звезд, этой участи избегающих. Потому именно такой десяток взрывающихся звезд, появившихся неизвестно откуда, может привести нас к открытию много большего числа звезд, которых мы не видим.
Какие-то из этих еще не открытых и не взорвавшихся звезд могут быть похожими на наше Солнце.
Вокруг них могут обращаться планеты, а на некоторых из них может даже существовать разумная жизнь.
Вещество, та субстанция, из которой сделано все во Вселенной, обычно существует в одной из трех форм, или фаз: твердой, жидкой или газообразной. Простейшим примером может служить вода: лед – это ее твердая фаза, в жидком состоянии она прозрачна и ее можно пить, а если ее нагреть, она превращается в пар, то есть разновидность газа.
С некоторыми телескопами удалось выявить присутствие газа, заполняющего промежутки между галактиками. Свечение его показывает, что его температура достигает десятков миллионов градусов. Хоть он и не составляет единого тела, все же это тоже вещество, причем очень, очень горячее.
Когда галактики летят сквозь этот чудовищно разогретый газ, он срывает с них избыточное вещество, как хулиган в школьном буфете, который хватает у вас с подноса шоколадное пирожное, когда вы проходите мимо него. Но раскаленный газ не просто портит галактикам настроение. Отнимая у галактик избыток вещества, он не дает образовываться в них новым звездам.
Вне больших галактических скоплений есть еще очень старые галактики, родившиеся на заре существования Вселенной. А как мы уже говорили, заглядывать очень далеко в глубь космоса – это все равно что заглядывать в давнее прошлое. От далеких галактик свет может идти к нам миллионы или даже миллиарды лет.
Когда Вселенная была вдвое моложе, чем сейчас, в ней доминировали очень голубые и очень тусклые галактики среднего размера. Мы все еще видим их и теперь. Их трудно зарегистрировать не только потому, что они чрезвычайно далеко, но и потому, что в них очень мало ярких звезд. И можно заключить, что сейчас их больше не существует. Что с ними произошло – это одна из тайн космоса. Может быть, все входившие в них звезды уже выгорели и погасли? И галактики эти стали невидимыми кладбищами мертвых звезд, рассеянными во Вселенной? А может, они превратились в те карликовые галактики, которые мы сейчас наблюдаем? Или они все были поглощены большими галактиками?
Неужели ими просто пообедали?
Мы этого не знаем.
Даже пустое пространство на самом деле не пустое. Мы называем его вакуумом – но это совсем не тот вакуум, который помогает нашим пылесосам втягивать в себя пыль, и не тот, что находится внутри электрической лампочки. Это область пространства, где вообще нет ни вещества, ни энергии. Но и в этих будто бы пустых областях, оказывается, бушует океан виртуальных частиц, постоянно то возникающих из пустоты, то снова исчезающих. Когда некоторые из таких частиц сталкиваются, они часто взаимно уничтожают друг друга, высвобождая при этом энергию. Энергию, рождающуюся в этих микростолкновениях, ученые называют энергией вакуума. Создаваемое ею давление действует против сил гравитации и может способствовать расширению Вселенной.
Итак, пространство между большими галактиками заполнено разнообразными формами вещества, и оно может загораживать от нас то, что лежит за ним. Это обстоятельство может помешать нам наблюдать самые далекие объекты Вселенной, такие, например, как квазары. Это слово многие слышали. Квазары – невероятно яркие центральные области галактик, на научном языке мы называем их сверхъяркими (или активными) галактическими ядрами. Обычно свет от них до наших телескопов идет миллиарды лет.
Есть древнее изречение: «природа не терпит пустоты», то есть вакуума. Прекрасно известно, что маленькие дети и собаки боятся пылесосов, в которых ведь тоже образуется вакуум. Ну, с пылесосами все более или менее ясно – а как бы вы отнеслись к вакууму в межгалактическом масштабе? Мне почему-то кажется, что и в этом случае вы не были бы от него в восторге. Как уже говорилось в этой главе, вакуум – не самое уютное место, в нем не потусишь. Почему природа избегает вакуума и упорно старается наполнить его странными видами активности, мы не знаем. Но это так.
Проходя на своем долгом пути от квазара сквозь газовые облака и другие космические образования, свет немного меняет свойства, и астрофизики пользуются этим, чтобы понять, что происходит со светом за миллиарды лет его странствий. Например, мы можем сказать, проходил ли свет квазара через много газовых облаков. Свет от каждого из известных квазаров, где бы на небе тот ни находился, хранит в себе следы воздействия десятков пройденных им межгалактических облаков, рассеянных во времени и пространстве.
На этом рисунке квазар излучает в космическое пространство мощную струю энергии.
И хотя мы не можем видеть этих облаков, мы знаем о них.
Все это вместе – прожорливые галактики, убегающие звезды, раскаленные до сверхвысоких температур облака газа – делает межгалактическое пространство довольно интересным местом. Если добавить к этому перечню супер-пупер-высокоэнергетические заряженные частицы и таинственную энергию вакуума, можно уверенно сказать, что все самое захватывающее во Вселенной происходит именно между галактиками, а не внутри них.
Но я бы пока не советовал устраивать привал. Ведь так часто бывает в путешествии: начинается интересно, а кончается очень плохо.
5Темная материя
Много лет назад, когда моя дочь была маленькой, она, сидя за обедом на своем детском стульчике, часто выполняла один увлекательный эксперимент. Удостоверившись, что я на нее смотрю, она тщательно выбирала на своей тарелке десятка два горошин потверже и потом, вытянув руку, по одной их роняла. Ни одна горошина не нарушила универсального закона тяготения. Все падали прямо на пол.
Гравитация – удивительная сила. Но в то же время и крайне труднопостижимая.
Ньютон и Эйнштейн объяснили, как тяготение действует на вещество в космосе. Их идеи можно применить ко всем, буквально всем видам материи, которые мы можем видеть, трогать, чувствовать, обонять и даже иногда пробовать на вкус: им подчиняются горошины, спелые яблоки, люди, планеты, гигантские звезды. И вот, согласно Ньютону и Эйнштейну, бóльшая часть материи во Вселенной, оказывается, потеряна. Я говорю «потеряна» не в том смысле, в котором говорят о потерянном носке – ведь он-то просто завалился под кровать, откуда его можно достать.
Наблюдая определенные звезды и галактики, астрофизики могут измерить силу тяготения в различных частях космоса. Как правило, если гравитация сильная, где-то поблизости мы видим большой объект или несколько. Гравитационное воздействие гигантской звезды или черной дыры, например, будет просто огромным. А притяжение небольшого космического камня, летящего в космосе, конечно, поскромнее.
Но уже много лет астрофизики регистрируют невероятно сильные гравитационные поля без всяких признаков каких-либо видимых масс, достаточных для создания таких полей. Что-то должно там быть, что-то должно генерировать эту силу притяжения. Но мы ничего не видим. Что бы ни было, «оно» не взаимодействует со знакомым нам веществом или энергией. И вот уже почти сто лет мы ждем, чтобы кто-то рассказал нам, почему же бóльшая часть – около 85 % – гравитации, измеряемой нами во Вселенной, связана с каким-то видом материи, которую мы никак не можем зарегистрировать.
Мы в полной растерянности.
Это одна из главных загадок науки. Сегодня мы не ближе к ее разгадке, чем в 1937 году, когда «проблема скрытой массы» была впервые сформулирована. Тогда американский астрофизик швейцарского происхождения Фриц Цвикки исследовал движения галактик в огромной области пространства в созвездии Волосы Вероники, называемом «скоплением Кома» – «кома» по-латыни и значит «волосы». Это гигантское скопление галактик лежит очень далеко от Земли: луч света из скопления Кома тратит 300 миллионов лет, чтобы попасть в наши телескопы.
Издалека скопление Кома выглядит очень скученным: тысячи галактик обращаются по своим орбитам вокруг его центра, и наблюдателю кажется, что они роятся там, как пчелы вокруг улья.
Галактики удерживаются в этом скоплении силой тяготения – именно она не дает им разлететься в разные стороны. Цвикки измерил силу гравитационного поля внутри скопления, наблюдая движения нескольких десятков относящихся к нему галактик.
Что-то в этих измерениях было не так.
В этой группе галактик, называемой скоплением Кома, астрофизик Фриц Цвикки впервые обнаружил доказательства существования загадочной темной материи.
Сила тяготения оказалась слишком велика. Цвикки сложил массы всех галактик скопления, и все-таки, хотя Кома считается одним из самых больших и массивных галактических скоплений во Вселенной, этой суммарной массы не хватило, чтобы оправдать столь сильное тяготение. Чтобы все наблюдаемые галактики не разлетались, массы требовалось гораздо больше, чем ее получалось зафиксировать.