На вид — самые обычные алюминиевые бочки, которые зачем-то поставили на ржавые железные конструкции-постаменты. Но внутри у этих бочек находится не имеющая аналогов в мире аппаратура — фотоприемники, способные уловить миллисекундные вспышки света, пришедшие из самых далеких уголков Галактики. Установленные на площади в тысячу гектаров в долине реки Тунки Иркутской области, эти 133 бочки образуют новейший регистратор космических лучей «Тунка-133». А вот ржавые постаменты нужны для защиты регистратора от местных коров — буренки почему-то повадились переворачивать фотоприемники и грызть провода.
— Эксперимент по регистрации космических лучей начался десять лет назад, когда в Иркутской области были установлены детекторы «Тунка-25», — рассказывает профессор физфака Иркутского госуниверситета Николай Буднев. — Именно в этой долине есть все необходимые условия для того, чтобы ловить космические частицы, — кристально чистый воздух и постоянно безоблачное ночное небо. Наш новый проект «Тунка-133» будет окончательно смонтирован в будущем году, и тогда мы сможем получить новую информацию о рождении сверхновых звезд, о том, что происходит в черных дырах, и вообще, «послушать Вселенную»...
ПЕРЕПИСЬ ДЫР
Одновременно в России готовится к запуску и проект международной рентгеновской орбитальной обсерватории «Спектр-Рентген-Гамма», которая должна быть выведена на орбиту в конце 2008 года. «Чувствительность обсерватории настолько высока, что в ходе обзора должны быть обнаружены все массивные скопления галактик в наблюдаемой Вселенной, что позволит построить карту распределения наиболее интересных объектов во Вселенной, — раскрыл журналистам детали проекта глава НПО им. Лавочкина Георгий Полищук. — Кроме того, одной из приоритетных задач станет обнаружение всех сверхмассивных черных дыр».
Однако говорить о триумфе российской науки как минимум преждевременно — дело в том, что наши ученые только лишь пытаются поспеть за американскими коллегами, — в США кампания по исследованию черных дыр началась намного раньше. Так, этим летом космическое агентство NASA объявило о создании нового отдела Einstein Probes («Измерения Эйнштейна»), где ученые вплотную займутся исследованием черных дыр и темной энергии. Объявлено также о старте масштабной программы по составлению подробной карты черных дыр во Вселенной на основе данных, собранных орбитальными телескопами — рентгеновским Chandra и инфракрасным Splitzer. Также в исследовании участвовал спутник Swift, выведенный на орбиту три года назад. Именно благодаря работе этой «триады», как считает профессор Райан Хикокс из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра, в астрофизике и произошел самый важный за последнее десятилетие научный прорыв.
Всего в ходе исследования было найдено более 1500 сверхтяжелых черных дыр, которые находятся в центре галактик, удаленных от нас на расстоянии от 6 до 11 млрд световых лет. Масса этих объектов, известных также под названием активных галактических ядер, может превосходить массу Солнца в миллионы, а то и миллиарды раз, при этом их диаметр нередко превосходит диаметр всей Солнечной системы. Например, в центре спиральной галактики MCG-03-34-63 ученые обнаружили черную дыру, которая по своей массе превышает вес нашего Солнца в 2300 раз.
— Все небо нашпиговано черными дырами! — не скрывает своего восторга профессор Хикокс. — Правда, полученные нами результаты полностью расходятся с традиционной моделью строения черных дыр. И это заставляет задуматься о том, насколько адекватно мы представляем себе природу черной дыры.
Обычно в фантастических кинофильмах черная дыра представляется этаким капканом или пылесосом, безжалостно всасывающим в себя все, что пролетает мимо: планеты, звезды или звездолеты с отважными космонавтами. Но на самом деле все обстоит иначе. Так, в центре галактики NGC 1365, расположенной в 60 миллионах световых лет от нас, находится сверхтяжелая черная дыра, которая не только поглощает материю, но и испускает поток космических частиц, разогретый до миллионов градусов и разогнанный до околосветовых скоростей. То есть на рентгеновской фотографии эти черные дыры выглядят как обычные звезды-гиганты. А большинство черных дыр вообще ничего не поглощают и ничего не испускают, а ведут себя на редкость «спокойно».
Поскольку такое поведение физики и математики пока объяснить не могут, то сегодня ученые уверены, что вся теория возникновения и существования Вселенной нуждается в серьезной корректировке. И именно разгадка тайн черных дыр даст ключ к новым фундаментальным знаниям. Однако разгадок пока нет, зато теорий — в избытке.
ЦЕНЗОРЫ И ДВЕРИ
По одной из теорий черные дыры фактически защищают Вселенную от всеобщего хаоса, сингулярности пространства.
— Сингулярностью называется такая теоретическая точка пространства, в которой его кривизна неограниченно стремится к бесконечности, — говорит астрофизик Константин Злосчастьев. — Согласно общей теории относительности, в точке сингулярности пространство и время как бы прерываются, здесь перестают действовать привычные нам законы физики. Но математическая структура уравнений фундаментальной теории и их решений указывает на то, что в реальных ситуациях пространственные сингулярности должны появляться не сами по себе, а исключительно внутри черных дыр. Таким образом, черные дыры отделяют сингулярности от остальной Вселенной. Этот принцип запрета существования сингулярностей получил название гипотезы космической цензуры. Как это часто бывает с фундаментальными принципами, полностью он не доказан, но принципиальных нарушений пока замечено не было.
Другие астрономы предполагают, что «нетипичные» черные дыры являются не чем иным, как очагами деформации пространственно-временных пластов, обеспечивающих их взаимопроникновение. «Проще говоря, это самые что ни на есть дыры между разными Вселенными, существование которых уже доказано математически, — рассказывает на своем сайте Тибо Дамур из французского Института космических исследований. — В каждом из миров, соединенных космическими «червоточинами», есть свои звезды, галактики и планеты, возможно, даже обитаемые. В рамках этой гипотезы сообщения о том, что черные дыры поглощают и рождают звезды, уже не кажутся столь удивительными...»
КРОТЫ В КОСМОСЕ
Между прочим, аналогичную теорию несколько лет назад предложили и российские ученые из Главной астрономической обсерватории (ГАО) в Пулкове.
— Помните фантастический фильм «Контакт», где героиня Джоди Фостер построила инопланетную машину и путешествовала по неким каналам Вселенной? — спрашивает Сергей Красников из Лаборатории физики звезд ГАО. — Так вот, этот фильм снят по роману писателя Карла Сагана, который, будучи серьезным человеком, поинтересовался у своего друга физика Мориса Тори. Тот, в свою очередь, потратив несколько лет на исследования, выступил с сенсационной статьей, в которой доказывал существование в черных дырах особых «кротовин», эдаких сообщающихся между собой дыр в пространстве, во Вселенной, с помощью которых можно было мгновенно перемещаться на колоссальные расстояния. Однако такие «кротовины», по расчетам Мориса Тори, были микроскопического размера, поскольку их должна была поддерживать так называемая «экзотическая материя». Впрочем, никто и никогда не встречал такой «экзотической материи», но, с другой стороны, ее существование и не опровергает теория относительности Эйнштейна. Я же с помощью теоретических математических расчетов доказал, что «экзотическая материя» может вырабатываться в любом количестве самой «кротовиной», а поэтому «кротовины» могут быть любого размера. Кроме того, могу с уверенностью заявить, что никаких известных механизмов, мешающих существовать подобным «кротовинам», в природе не существует.
КАК ИСКАЛИ АНОМАЛИЮ В КОСМОСЕ
«Дырявая» теория
Словосочетание «черная дыра» давно уже стало нарицательным обозначением всякой бездны, однако мало кто знает, что человек лишь недавно сумел убедиться в реальности существования этих дыр. До этого все черные дыры существовали лишь в виде математических расчетов
1784 — английский физик Дж. Мичелл впервые предположил, что на скорость света в космосе оказывают влияние массивные небесные тела.
1798 — французский математик и астроном П. Лаплас, исследуя распространение света в гравитационном поле, убедился, что неизлучающие, то есть абсолютно черные, тела возможны, если их поле тяготения станет столь сильным, что не выпустит световых лучей наружу.
1915 — Альберт Эйнштейн завершил построение общей теории относительности, согласно которой допускается появление искривлений и «ям» в окружающем пространстве-времени.
1916 — немецкий астроном К. Шварцшильд рассчитал, что любое тело, если сжать его до определенного радиуса, станет обладать таким притяжением, что ничто, даже свет, не сможет покинуть его. Для Земли этот радиус (радиус Шварцшильда) равен 8 мм, для Солнца — 3 км.
1939 — американские физики Р. Оппенгеймер (на фото) и Дж. Снайдер рассчитали ход эволюции сверхтяжелых звезд и процесс их гравитационного сжатия (коллапса) после выгорания ядерного топлива, когда она превратится в «объект Лапласа». Такие гипотетические тела и назвали черными дырами.
1965 — английский физик Р. Пенроуз использовал законы Эйнштейна для доказательства того, что сингулярность «проживает» внутри любой черной дыры.
1970 — американский спутник «Ухуру» сделал первый рентгеновский фотоснимок черной дыры — «объекта Лебедь Х-1». Ученые всего мира получили подтверждение, что черные дыры действительно существуют.
1975 — Стивен Хокинг на основе квантовой физики выдвинул гипотезу, что черные дыры не только поглощают материю, но и излучают ее вовне в виде элементарных частиц (как правило, фотонов). С этого момента само название «черная дыра» потеряло первоначальный смысл.
1989 — орбитальная обсерватория «Гранат» (СССР) обнаружила, что в динамическом центре нашей Галактики находится сверхмассивная черная дыра (около 3 млн солнечных масс). Подобные дыры позже нашли в центре каждой галактики.
Фото: NASA.GOV; CREDIT