Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса

Газ, пыль, миллионы и миллионы звезд, некоторое количество пульсаров и черная дыра – монстр, в несколько миллионов раз более массивная, чем наше Солнце, – примерно так выглядит центр нашей Галактики. Здесь бьется сердце Млечного Пути, и вокруг него в течение вот уже 13,5 миллиарда лет обращаются все звезды и планеты. Это место очень плотно заселено. Настолько плотно, что с помощью оптических телескопов невозможно ничего разглядеть – свет с длиной волны, лежащей в видимой части спектра, просто не может пробиться через всю эту толщу пыли и газа. К счастью, инфракрасным волнам и длинноволновому радиоизлучению это удалось, и они рассказали нам о том, что помимо газа там обитают старые красные сверхгиганты, а также несколько миллионов более молодых массивных звезд, которые через много миллионов лет взорвутся сверхновыми¹.

В июне 2018 года, незадолго до официальной инаугурации установленного в Северной Африке радиотелескопа MeerKAT, которая состоялась 13 июля, астрономы на короткое время направили его “взор” на центр Галактики и сделали снимок. В результате было получено четкое и детальное изображение центра Млечного Пути, самое лучшее из всех когда-либо полученных. Оно похоже на снимок костра или горящей печи: огненные нити тянутся во всех направлениях, причудливые круглые облака на левой стороне изображения напоминают выходящий из трубы дым. Два огромных радиопузыря, один вытянувшийся вверх, другой – вниз, похожи на песочные часы. Прячущийся монстр в центре – сверхмассивная черная дыра Стрелец А*².

Но есть еще кое-что. Астрономы думают, что центр скрывает еще один секрет – некую материю, совершенно невидимую для всех наших приборов. Считается, что масса этого необычного вещества в пять раз превышает массу обычной, привычной нам материи, состоящей из атомов, которую ученые называют барионной материей и с которой мы все знакомы, – той самой, из которой образованы звезды, газ, планеты, вы, я и мой кот Кварк. Мы не знаем, что представляет собой эта таинственная материя, которую впервые ввел в свою теорию физик Фриц Цвикки из Калифорнийского технологического института, заметивший, что она нужна нам для объяснения наблюдаемого движения звезд и галактик. И теперь мы называем ее просто “темной материей”.

Около 23 % Вселенной составляет темная материя, 72 % – таинственная темная энергия, и только чуть менее 5 % составляет обычная материя. Есть только одна проблема: каждый раз, когда ученые думают, что нашли ключ к разгадке природы темной материи, они сталкиваются с одним и тем же старым неприятелем, который появляется перед ними и разбивает их теории в пух и прах. Этот неприятель – нейтронная звезда.

Большинство астрономов считает, что у них достаточно косвенных доказательств того, что темная материя существует. Они видят, как ее гравитация притягивает звезды, как она искривляет свет, который проходит рядом с ней, и все это складывается в единую картину, но только если считать, что общая теория относительности Альберта Эйнштейна правильно описывает гравитацию как свойство массивных объектов искривлять пространство-время³.

Существуют альтернативные теории гравитации, которые пытаются объяснить строение нашей Вселенной без предположений о существовании темной материи или темной энергии, но эти теории ведут свои собственные битвы с нейтронными звездами. (Подробнее об этом см. главу 8.)

Тем не менее, если общая теория относительности верна, мы просто не можем объяснить движение наблюдаемой обычной материи под действием гравитации без предположения о существовании темной материи. Как и в случае многих, казалось бы, далеких от реальной жизни теорий, и эта ведет свое начало от Цвикки, который еще в 1933 году впервые предположил связь нейтронных звезд со сверхновыми. Примерно в то же время он изучал галактики и скопления галактик, сходные с нашим собственным скоплением – Местной группой, в которую входят Млечный Путь, галактика Андромеда и многие другие (карликовые) галактики. Цвикки знал, что галактики в скоплении обращаются вокруг центра масс скопления, а также вокруг своей оси и, кроме того, взаимодействуют друг с другом.