1970-е годы были отмечены фундаментальным теоретическим вкладом Роджера Пенроуза[24] и Стивена Хокинга, а также первыми косвенными наблюдениями кандидатов в черные дыры. Их каталог пополнялся каждый год, вплоть до удивительного открытия сверхмассивных черных дыр в центре большинства эллиптических или спиральных галактик. Наконец, все помнят, что именно столкновение черных дыр, около тридцати солнечных масс каждая, позволило большим американским интерферометрам LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) в 2015 году впервые зарегистрировать гравитационную волну.
Черные дыры можно косвенным образом “увидеть” по тому, как они взаимодействуют с обычным веществом. Если черная дыра движется по орбите вблизи массивной звезды, возникающие приливные силы выдирают из последней огромное количество вещества: ионизированный газ, разгоняемый гравитационным полем черной дыры, которая готова его поглотить, образует ярко светящийся в очень широком диапазоне длин волн аккреционный диск. Зрелищности шоу часто добавляют видимые издалека струи вещества, выбрасываемого из полюсов со скоростью, близкой к скорости света.
Таким образом, черные дыры представляют собой новый класс небесных тел, довольно редких, но присутствующих во многих частях Вселенной. Сегодня мы знаем, что это очень разные объекты, не только по размеру и характеристикам – неподвижные или вращающиеся, электрически заряженные или нейтральные, – но и по динамике своего рождения и по эволюции, которую они проходят после.
Они могут образоваться в результате гравитационного коллапса сверхмассивных звезд. Но они также могут рождаться, когда нейтронные звезды сталкиваются друг с другом или достигают критической массы, поглощая вещество обычных звезд, с которыми взаимодействуют в двойных системах.
Синтез, что дороже золота
Столкновения нейтронных звезд, кроме рождения черных дыр, могут приводить и к другим умопомрачительным эффектам.
Представьте себе огромное облако из золота и платины, масса которого в сотни раз превышает массу Земли. Это невероятное зрелище открылось глазам астрономов некоторое время назад, когда они навели свои телескопы на область неба вблизи созвездия Гидра. Этакая космическая фабрика тяжелых металлов, результат катастрофического столкновения двух нейтронных звезд.
В один из августовских дней 2017 года два американских интерферометра LIGO и один итало-французский – Virgo, расположенный недалеко от Пизы, впервые начали осуществлять совместную исследовательскую программу. Они охотились за гравитационными волнами, возникающими в результате слияния черных дыр, и тут же зарегистрировали событие, подобное первому открытию того же рода, относящемуся к 2015 году. Затем, три дня спустя, они получили еще один сигнал, странный, отличный от предыдущих: менее интенсивный, но гораздо более продолжительный по времени – характерный признак гравитационных волн, возникающих при слиянии нейтронных звезд.
Речь шла не о таких сверхмассивных телах, которые послужили источником первых сигналов; даже две нейтронные звезды, оказавшись слишком близко друг к другу, сливаются в одну в результате катастрофического столкновения: двигаясь по спирали друг относительно друга и сближаясь со скоростью, близкой к скорости света, они деформируют пространство-время и создают гравитационную волну, длящуюся десятки секунд.
Все это происходило на довольно скромных по космическим меркам расстояниях – всего-то сто тридцать миллионов световых лет вместо одного миллиарда четырехсот миллионов в случае первого сенсационного открытия. Изначально сигнал был слабее, так как сталкивающиеся массы были меньше, но меньшее расстояние позволяло его наблюдать несмотря ни на что.
Участие интерферометра Virgo в эксперименте позволило провести триангуляцию. С тремя инструментами на этот раз можно было идентифицировать источник, а приглашение, разосланное еще семидесяти обсерваториям на всех континентах и даже в космосе, позволило получить лавину результатов.
Приходящая гравитационная волна сопровождается фотонами высокой энергии и последующими электромагнитными всплесками более низкой энергии, которые длятся несколько недель. Например, сразу стало понятно, что с тем же явлением был связан и гамма-всплеск, зарегистрированный несколькими секундами позже другими приборами, в том числе орбитальным телескопом Fermi, и пришедший из той же области. Вероятно, это указывало на то, что при столкновении образовалась черная дыра.
Событие 17 августа 2017 года стало впечатляющим дебютом многоканальной астрономии[25] – то есть опыта исследования одного и того же явления с помощью всех доступных инструментов и во всех диапазонах, причем не только электромагнитного излучения, но и гравитационных волн, что позволяет получить гораздо более подробную картину этого явления.
Теперь мы знаем, что при слиянии двух нейтронных звезд возникают гравитационные волны. Также мы поняли, откуда берутся гамма-всплески, в происхождении которых до сих пор оставалось много неясного. Наконец, через несколько недель после первого зарегистрированного сигнала случилось невероятное: среди продуктов столкновения астрономы обнаружили небольшую туманность из атомов тяжелых металлов. Огромное количество драгоценной пыли – золота и платины, – образовавшееся в результате столкновения и выброшенное с чудовищной скоростью в окружающее “звездных вестников”.
пространство, наглядно подтвердило теорию о том, что элементы тяжелее железа могли образоваться только во время таких катастрофических событий.
Мы снова видим пример непропорционального насилия, что скрывается под маской космического благоденствия, кажущегося на первый взгляд полным спокойствия и устойчивости.
Описанием этих невероятных событий мы заканчиваем наш рассказ о пятом дне. К концу его Вселенная уже населена множеством звезд, поколение за поколением разносящих в космосе огромное количество газа и пыли из тяжелых элементов. Где-то среди сияющих звезд незаметно бродят нейтронные звезды и черные дыры. С момента рождения Вселенной минуло пятьсот миллионов лет, и уже начали формироваться первые галактики.
День 6И хаос прикинулся порядком
И вот в начале шестого дня Вселенная сияет множеством гигантских звезд. Одно поколение быстро сменяется другим – быстро, разумеется, по космическим меркам. Каждый раз, когда какая-то звезда умирает, огромное облако ионизированных водорода и гелия, ее обволакивающее, обогащается все более тяжелыми элементами. Так продолжается до тех пор, пока газа и пыли не будет достаточно для того, чтобы в свою очередь дать жизнь звезде следующего поколения – размером поменьше, но способной пожить подольше.
Гравитация медленно воздействует на скопления вещества внутри сгустков темной материи; эти скопления, обладая значительной массой, создают глубокие потенциальные ямы, куда сваливаются и звезды, и газ, и пыль. Все устремляется к этому небытию, в сердце невидимой тьмы, все притягивающей к себе навечно. Из-за ударов, возникающих при сжатии, газ нагревается и давление увеличивается, что может противодействовать соскальзыванию к коллапсу. Основная масса сосредоточена в центре гало из темной материи, где плотность максимальна, а все остальное напирает на него извне.
Наличие у звезд и скоплений вещества углового момента не дает им застревать в неподвижности внутри этой потенциальной ямы, но благодаря симметрии ямы они могут медленно двигаться вокруг нее, и в результате образуется вращающийся диск, вихрь, подобный урагану. Так рождается галактика.
Мы пребываем в неумолимом падении, в этом нет сомнений, и его не остановить. Нас затягивает в ужасную воронку: самый мучительный из кошмаров становится реальностью. Наш конец предрешен, законы хаотической динамики не оставляют нам надежды. В действительности время, на которое растянется эта катастрофа, очень продолжительно не только по отношению к сроку жизни отдельного индивида, но и по отношению ко времени существования нашего рода, появившегося в этом мире всего несколько миллионов лет назад. Жизнь же галактики растягивается на многие миллиарды лет – этого хватает на зарождение звездных систем с их планетами и населяющими эти планеты различными формами жизни, часть из которых начинает гадать, как все это работает.
Хаос замаскировался под порядок, надел прекрасную маску равновесия и гармонии, и этот великий обман умиротворяет и успокаивает нас на протяжении тысячелетий.
Spira mirabilis
Название нашей Галактики, Млечный Путь, буквально отсылает к греческому γᾰλαξίας, от которого происходит и само слово “галактика”, что можно перевести на русский язык как “молоко” или “молочный”. Название возникло благодаря мифу об одной из многочисленных эскапад бога Зевса. Влюбившись в Алкмену, царь богов принял облик ее мужа, провел с прекрасной смертной ночь, и от этой связи у нее родился сын Геракл, которого Зевс немедленно похитил и забрал к себе на Олимп. Там он положил его на ложе своей супруги Геры, пока она спала, чтобы ребенок смог вкусить ее божественного молока и стать бессмертным.
Но маленький непоседа, уже во младенчестве неспособный сдерживать бьющую через край энергию, которая потом позволит ему совершать легендарные подвиги, слишком сильно приник к груди богини и начал жадно сосать. Гера, проснувшись в изумлении, отшвырнула незнакомого ребенка, и молоко, хлынув из божественных сосков, заполнило небо белесыми капельками, тут же превратившимися в крошечные звезды, а те из них, что упали на землю, стали лилиями.
Наш Млечный Путь – это скопление звезд, пыли и газа, удерживаемых вместе огромным облаком темной материи. Это большая спиральная галактика, космический фейерверк-вертушка с огненными рукавами, внутри которых сосредоточены новообразованные звезды; в ней более двухс