Максим Ухин
Изображение черной дыры, полученное с помощью телескопа Уэбб; синим цветом показано приближение объекта, красным – его удаление. Фото Physorg
Герой романа Ивана Тургенева «Отцы и дети» заявлял, что он нигилист. Много позже физики заявили, что столкновение частиц и античастиц приводит к аннигиляции, то есть обнулению (лат. nihil – ноль, ничто). Нобелевский лауреат Ричард Фейнман показал, что электрон и позитрон порождают гамма-квант, другими словами – квант электромагнитного излучения. На границе нового миллениума были уловлены сверхмощные гамма-всплески (GRB – Gamma-Ray Bursts), идущие к Земле из глубин Вселенной…
Начало 60-х ознаменовалось «прорывом» творческого духа, породившего – чисто теоретически – бозон Питера Хиггса и сингулярность Ричарда Пенроуза. В Оксфорде Пенроуз сотрудничал со Стивеном Хокингом, предположив, что в начале мира был Большой взрыв из точки «всеединства», сингулярности (от single – один, не состоящий в браке). В ней схлопываются все законы мироздания.
Это естественным образом привело к концепции черных дыр (ЧД), в которых гравитация настолько велика, что ее не могут преодолеть и вырваться из ЧД даже фотоны. При этом Пенроуз как теоретик отталкивался от Общей теории относительности Эйнштейна. В 2020 году Ричард Пенроуз вдогонку за Питером Хиггсом был награжден Нобелевской премией. Нобелевскую компанию Пенроузу составили два ученых, непосредственно идентифицировавших черные дыры.
«В 140 солнц закат пылал…», писал Маяковский, который, увы, в результате профессионального выгорания погиб. Выгоранию подвергаются и звезды, в результате чего их остатки коллапсируют (схлопываются), вспыхивая как сверхновые или образуя нейтронную звезду в результате гравитационного вдавливания электронов в ядра. Обратный процесс испускания электронов называется бета-распадом. В нем идет перераспределение так называемых «верхних» и «нижних», up- и down-кварков с дробными зарядами, наличие которых предположил теоретик Мари Гелл-Манн, тоже нобелевский лауреат.
Астрофизика говорит, что рост массы ЧД происходит за счет окружающей материи или пожирания близкой звезды-компаньонки. В итоге образуется торообразный диск. Его слои вращаются со скоростью, которая возрастает по мере приближения к дыре, как, кстати, и их температура. Часть материи самого близкого к ЧД слоя срывается с ее полюсов, образуя струи (джеты). Эти джеты уходят с околосветовой, релятивистской, скоростью в пространство.
Свет разогретых до миллионов градусов слоев дал имя блазарам, то есть звездам, которые в силу своей природы сами не светят. Столкновение черных дыр порождает гравитационные волны, прохождение которых искривляет пространство-время, создавая «рябь» (ripples) на его поверхности. Эйнштейн предположил, что кривизна пространства-времени дает гравитационную линзу. Благодаря ей в 1919 году английский астроном Артур Эддингтон зафиксировал при затмении Солнца свет скрытой им звезды.
Открытие гамма-всплесков также связали с ЧД. Однако с этим не согласны астрономы университета в английском городе Бат, что к юго-западу от Лондона. (Город знаменит римской баней с бассейном, построенными на месте бьющих термальных источников.) Авторы отталкивались от того, что всплески могут длиться от нескольких миллисекунд до минуты, а то и больше. Это говорит о разной природе их источников.
Преобладающим на сегодня является мнение, что GRB порождаются черными дырами. Но большая продолжительность всплесков может быть связана с нейтронным звездами, вернее, их остатками. Последние образуют магнетар. Его быстрое вращение вокруг своей оси генерирует плазменный ветер, энергия которого разогревает окружающую материю космоса. А это, в свою очередь, и порождает всплески гамма-излучения.
В связи с магнетроном можно упомянуть проведенное в Киотском университете компьютерное моделирование магнитно-гидродинамичного порождения нейтринного излучения. Работа представлена в издании Physical Review D. Нейтрино, напомним, рождаются при бета-распаде. В Киото же моделировали столкновение ЧД с нейтронной звездой и следующее за ним приливное ее разрушение. Авторы пишут, что вдоль оси вращения ЧД возникает магнитосфера и ее колебания (flux) высокой энергии, это приводит к тому, что часть слившейся массы исторгается (ejected) в пространство. Расчеты показали, что время flux составляет 1–2 сек., что согласуется с реальными наблюдениями GRB.
В Гейдельбергском университете также провели компьютерное моделирование динамики искривления пространства-времени. Об этом пишет журнал Nature. Моделирование показало возникновение пар частиц при прохождении волновых пакетов сквозь расширяющееся пространство. Пространственная экспансия, продолжающаяся миллиарды лет после Большого взрыва, приводит к допплеровскому смещению в виде «покраснения» света, испускаемого удаляющимися от Земли объектами.
Один из таких удаляющихся объектов – удаленная от нас сверхновая, претерпевающая шоковое охлаждение. Этот эффект описали в том же Nature сотрудники университета Миннесоты. Сверхновая с красным смещением z=3 свидетельствует о не очень большом удалении. Родилась она около 11,5 млрд лет назад и видна благодаря гравитационной линзе, образуемой галактическим кластером Abell 370. Ученые полагают, что радиус звезды до вспышки составлял около 500 солнечных радиусов, что хорошо согласуется с размером звезды-супергиганта. Ученые подчеркивают, что получаемые сегодня астрономические результаты были бы невозможны без использования роботизированных телескопов, беспрерывно ведущих наблюдения.
