100 великих научных открытий

В 30-е годы ХХ в. стало известно, что звезды массой меньше, чем 1,5 Солнца, постепенно сжигают все свое ядерное горючее, а затем избавляются от газовой оболочки и оставляют себе лишь холодеющее ядро — то есть превращаются в белых карликов. Затем у советского физика Льва Ландау возникло предположение о взрывах звезд более тяжелых, чем 1,5 Солнца: мол, после освобождения от оболочки ядро такого гиганта сжимается, и в нем происходят химические реакции, преобразующие его в очень плотную нейтронную звезду.

Но какой может быть максимальная масса прародительницы нейтронной звезды? На этот вопрос, озадачивший всех астрофизиков, попробовал ответить американец Роберт Оппенгеймер (1904–1967). Он установил, что нейтронные звезды весят не более 3 солнечных масс, а значит, и сверхновые не должны перевешивать нескольких Солнц. Если же сверхновая рождает тело массивнее, чем 3 Солнца, то это уже не нейтронная звезда, а что-то иное. Такой объект сжимается до тех пор, пока его радиус не сравняется с гравитационным.

Позже, уже в 1960-х, ученые выяснили, что массивное ядро может сжаться до точки (сингулярности) с безграничной силой тяготения, и вокруг этой точки время замрет, а пространство деформируется донельзя. С подачи американского физика-теоретика Джона Уилера (1911–2008) сингулярность получила прозвище черной дыры.

Квантовые физики углубили эту теорию предположением, что пространство, окружающее черную дыру вплоть до горизонта событий (границы, за которой ее гравитация теряет всепоглощающую силу), непрерывно вспучивается и пузырится, образуя квантовую пену. Из-за этого электрическое, магнитное и гравитационное поля постоянно меняются, и возникают пáры временных, виртуальных частиц, разлетающихся в противоположные стороны. Мощные всплески гравитации выносят одну частицу из каждой пары за горизонт, и в итоге освободившиеся частицы наполняются энергией, испускаяизлучение. Таким образом, по словам известного физика-теоретика Стивена Хокинга (1942–2018), дыра излучает свет, подобно слабо нагретому черному телу, и постепенно «тает» — теряет массу. Когда ее диаметр достигнет 10 см (длины Планка — Уилера), она вспыхнет, выбросив столько энергии, сколько выделяется при взрыве миллиона водородных бомб массой по 10 мегатонн каждая. Останется от нее лишь частица с максимально возможной массой — 22 микрограмма.

Впрочем, ученые уверены, что черные дыры — это не только ядра, сжатые коллапсом в точку. Это еще и галактические центры, где межзвездное вещество силами гравитации стянулось в одно массивное тело, превосходящее по тяжести Солнце в миллионы раз. Тот же Хокинг считал, будто множество таких тел появилось еще в момент рождения Вселенной и некоторые из них существуют до сих пор. Если вдруг какая-то неосторожная звезда подойдет к подобному объекту слишком близко, ее попросту разнесет на части, и образовавшийся газ окружит черную дыру ярким ореолом, испускающим жесткое коротковолновое гамма-излучение.

Еще одна теория — суперструн — доказывает существование легких черных дыр с массой порядка двух десятков граммов. Авторы этой теории считают, что пространство во Вселенной не трехмерное, а девятимерное — в нем гравитация при сближении объектов растет гораздо быстрее, чем этовозможно в трех измерениях (ведь ее величина обратно пропорциональна не квадрату, а восьмой степени расстояния). Значит, черным дырам в таком пространстве просто не нужна сверхбольшая масса. Ученые даже планируют создавать подобные тела в обычных ускорителях: есть надежда, что доморощенные дыры будут раскладывать вещества на частицы и выделять необходимые химические элементы вроде углерода и железа.

А между тем в 2016 г. было получено первое экспериментальное доказательство существования черных дыр. Ученые из сообщества LIGO уловили гравитационную волну, искривившую пространственно-временнýю ткань при столкновении двух сверхмассивных объектов, произошедшем более чем за миллиард световых лет от нашей планеты.

Квазары

Может ли быть что-то ярче, чем звезды? Может, и это квазар («подобный звезде радиоисточник»). Обнаружили его в середине ХХ в., а ответ на вопрос, отчего он так ярко светит, был найден уже в нынешнем тысячелетии.