Журнал "Вокруг Света" № 10 за 2004 год
Шрифт:
Когда вещества в окрестности центра становится меньше, свечение ослабевает, но тем не менее ядро галактики продолжает оставаться самой яркой ее областью (это явление, называемое «Активное галактическое ядро», астрономам известно давно). Наконец, настает момент, когда черная дыра поглощает из окружающего пространства основную часть вещества, после чего излучение почти прекращается и черная дыра становится тусклым объектом. Но она ждет своего часа! Как только в окрестностях появится новое вещество (например, при столкновении двух галактик), черная дыра засияет с новой силой, с жадностью поглощая звезды и частицы окружающего межзвездного газа. Так что, стать заметным квазару удается только за счет своего окружения. Современная техника уже позволяет различить вокруг далеких квазаров отдельные звездные структуры, являющиеся питательной средой для ненасытных черных дыр.
Впрочем, в наше время, когда столкновения галактик редки, квазары возникать не могут. И судя по всему, это действительно так – почти все наблюдаемые
Столь мощные источники лучистой энергии, как квазары, – опасные соседи, поэтому нам, землянам, можно только радоваться тому обстоятельству, что в нашей Галактике и в ближайшем скоплении галактик они отсутствуют. Их обнаруживают в основном на самом краю видимой части нашей Вселенной, в тысячах мегапарсек от Земли. Но тут волей-неволей возникает естественный вопрос – а не противоречит ли это наблюдение распространенному мнению об однородности Вселенной? Как получилось, что в одних галактиках квазары существуют, а в других нет? Для того чтобы ответить на эти вопросы, необходимо вспомнить, что свет от наблюдаемых нами квазаров летел миллиарды лет. А это означает, что взору землян квазары предстают в «первозданном» виде, такими, какими они были миллиарды лет назад, и сегодня они скорее всего уже утратили свою былую силу. Следовательно, те галактики, которые расположены недалеко от квазаров, «видят» гораздо более слабые источники света. Но тогда, если Вселенная однородна, то же самое должно относиться и к нашей Галактике! И тут остается повнимательнее присмотреться к ближайшим к нам космическим структурам, в попытке отыскать объекты, напоминающие остывшие квазары, эдакие квазары-призраки. Оказывается, такие объекты действительно существуют. Квазары, являющиеся одними из самых древних образований, родились почти одновременно со Вселенной, то есть примерно 13 млрд. лет назад. Причем они не только крайне отдалены от нашей Галактики – согласно закону расширения Хаббла (чем дальше от нас объект, тем быстрее он удаляется), расстояние между нами продолжает неуклонно увеличиваться. Так вот, наиболее далекие квазары «убегают» от нас со скоростью всего на 5% меньшей скорости света.
Наиболее яркие квазары испускают ежесекундно столько же световой энергии, сколько сотня обычных галактик типа нашего Млечного пути (это примерно 1042 ватт). Чтобы обеспечить выход такого количества энергии, черная дыра каждую секунду поглощает массу, равную массе Земли, за год же «съедается» около 200 солнечных масс. Подобный процесс не может проходить бесконечно долго – когда-нибудь окружающее вещество иссякнет, и квазар либо перестанет функционировать, либо же станет излучать относительно слабо.
Итак, свечение квазара со временем уменьшается, но что же может заставить его время от времени увеличивать яркость? Чтобы понять механизм этого процесса, вспомним, что черная дыра поглощает любую материю, а не только элементарные частицы. В галактике же, центр которой занят черной дырой, особого порядка нет. Конечно, в целом звезды вращаются вокруг центра, но всегда есть те звезды-одиночки или их небольшие скопления, которые нарушают заведенный порядок. Они-то и бывают наказаны – их захватывает и поглощает черная дыра. При этом если звезда «проглатывается» целиком, без предварительного разрушения, то света выделяется мало. Причина состоит в том, что как бы звезда ни была велика, ее электрический заряд равен нулю. Поэтому она не излучает активно свет и не теряет быстро энергию и момент импульса, испуская в окружающее пространство в основном гравитационные волны. А значит, она вращается вокруг черной дыры достаточно долго, потихоньку падая на нее. Но если звезда при подходе к так называемому Шварцшильдовскому горизонту черной дыры – гравитационному радиусу, прохождение которого закрывает путь обратно навсегда – разрушается приливными силами, то дополнительное излучение может быть очень заметно. После поглощения нарушителя порядка, свечение квазара возвращается к норме.
Еще совсем недавно считалось, что черные дыры являются одной из конечных стадий существования звезд, а затем, с течением времени, эти черные дыры сливаются в сверхмассивные. Но тогда откуда же взялись массивные черные дыры в период формирования первых галактик? Проблема легко разрешается в рамках моделей первичных, то есть появившихся до начала звездообразования, черных дыр. Возможна и другая точка зрения – черные дыры и звезды образуются практически одновременно и по одному и тому же сценарию. Облака водорода и темной материи сжимаются под действием гравитационных сил. Малые облака образуют звезды, а большие – массивные черные дыры.
Разобравшись в общих чертах с устройством квазаров, ученые пытаются использовать их в качестве инструмента для исследования Космоса. Например, наблюдая эффект микролинзирования, можно обнаружить темные объекты с массой, примерно равной массе Юпитера. Они выдают себя, отклоняя
свет квазара так, что мы видим как бы кратковременное увеличение его блеска. Если такие тела будут обнаружены, то, возможно, будет решена проблема темной материи. Сейчас для многих ученых открытие нового квазара обозначает открытие новой черной дыры. Так, изучение недавно открытого квазара с красным смещением z=6.43 указывает на то, что черная дыра, сердце этого квазара, очень массивна – примерно миллиард масс Солнца. Следовательно, массивные черные дыры появились очень рано. Этот вывод крайне важен для космологии. Ученым не так давно стало понятно, что энергия вакуума, хоть и чрезвычайно мала, но отлична от нуля. Этот революционный для науки вывод был впервые сделан на основе исследования скорости удаления квазаров. Оказалось, что красное смещение, а значит, и скорость космических объектов по мере удаления от Земли растут даже быстрее, чем того требует закон Хаббла. Затем другие наблюдения, в том числе за реликтовым излучением, еще более утвердили научную общественность в правильности этого вывода. Так что получается, что наша Вселенная не просто степенно расширяется, а разлетается со все увеличивающейся скоростью. Открытие квазаров очень сильно повлияло на космологию, породив множество новых моделей зарождения и развития Вселенной. И сегодня ученые почти уверены в том, что черные дыры играют существенную роль в формировании галактик и их последующей судьбе.Сергей Рубин, доктор физико-математических наук
Большое путешествие: К востоку от Енисея
Преодолев по Транссибу почти 5 тысяч километров, мы все больше убеждались в том, что дело, которое более 100 лет назад было инициировано Александром III, поистине державное – именно по его монаршей воле Российской империи удалось соединить Запад с Востоком. Но и сейчас, сидя в вагоне поезда, идущего от Урала на Дальний Восток, трудно было даже представить себе, каким образом столь гигантская артерия могла сложиться всего за четверть века… Наш путь кружил огромными петлями, проходил тоннели, взлетал на взгорья. Именно на этом отрезке строителей Великого Сибирского пути когда-то ждали и самые большие трудности, и самые большие достижения. Их нам и предстояло увидеть…
В Тайшете, узловой станции, с которой начинается Байкало-Амурская магистраль, мы оказались случайно – там должно было состояться открытие новых железнодорожных путей, которое мы и решили посетить. Ведь рожденный Транссибом Тайшет и сейчас живет железной дорогой.
Основанный в 1897 году как небольшое село, статус города Тайшет обрел только в 1938-м, хотя с самых первых дней работы магистрали он стал одним из узловых пунктов Великого Сибирского пути. Сегодня Тайшетский район находится на пересечении важнейших для Восточной Сибири железных дорог: Транссиба, линии Тайшет – Братск – Лена (БАМа), помимо этого, через его территорию проходит железная дорога Решеты – Карабула. Наиболее же выгодным положением отличается сам Тайшет, находящийся в самом центре всех восточносибирских путей. В общем, город этот, стоящий, по словам его жителей, «на четырех ветрах», – единственное во всей России место, которое нельзя миновать, двигаясь любым железнодорожным путем из Европы и Западной Сибири на восток, а далее – в Азию и Приморье. Поэтому железная дорога для этих мест – главная «кормилица». Всякое иное производство находится здесь в плачевном состоянии, та же участь постигла и близлежащие совхозы. Спрос на цветные металлы породил типичный для нашего времени «акт вандализма» – в городе дважды похищали памятник Ленину, но после переговоров со злоумышленниками его оба раза возвращали на место. Многие жители покидают некогда благополучный город и его окрестности. Нас осторожно предупредили, что по ночам без особой необходимости по тайшетским улицам лучше не ходить. Хотя мы и понимали, что подобные проблемы существуют не только в далеком Тайшете, и что жизнь все равно идет своим чередом.
…На церемонию открытия новых тайшетских путей мы поехали вместе с бывшим главным инженером Тайшетского отделения магистрали Сергеем Путилиным. На вопрос, почему этот совсем еще не старый и вполне крепкий мужчина попал в разряд «бывших», он так и не ответил, лишь иногда хмурился…
В тот день по новым путям должен был пройти первый поезд. Наш провожатый, успевший внести в это, без преувеличения, выдающееся для города событие немалую лепту, выглядел необыкновенно счастливым. Да и у всех собравшихся настроение было приподнятое, хотя при этом нам показалось, что люди как будто стеснялись этого радостного ожидания…
Церемония прошла вполне успешно – поезд «обновил» только что проложенную колею, добавив почтенному Транссибу «свежей крови». А значит, что уже завтра по этим путям пойдут новые составы, которые, как и прежде, никак не смогут миновать Тайшет.
«Его стороной не объедешь!» – говорят местные жители, показывая приезжим то место, где на перрон станции выходил маршал Буденный, где стоял монгольский премьер Чойбалсан и где Фиделю Кастро подарили живого медвежонка.