Гипотеза Хоуки нса повергла все астрономическое сообщество в сом* нения и глубокую задумчивость: если практически на каждый квазар находится объект-линза, то Вселенная просто должна быть наводнена ими. Эти невидимки могут составлять большую часть ее массы! Оценки говорят, что масса всех подобных линз может в несколько сот раз превышать массу видимой части Вселенной.
Если гипотеза подтвердится, то это будет истинной революцией в астрономии и космологии. Все эти черные «дырочки» с лихвой обеспечивают Вселенную массой, необходимой для остановки ее расширения и начала сжатия. Таким образом, они решают одну из наиболее острых проблем последних лет – темного вещества, или скрытой массы. Суть ее в том, что большую часть массы Вселенной составляет темное несветяшееся вещество, которое проявляется только по гравитационному воздействию. «Большинство темного вещества содержится в таких объектах с массой около массы Юпитера. Ближайший к нам такой объект может быть всего в тридцати световых годах от Земли», полагает Хоукинс.
Но на что же они могут быть похожи? Темное вещество не может быть обычным веществом из протонов и нейтронов, поскольку вся такая материя уже собрана в звездах, газовых облаках и галактиках, и астрономы видят ее. Количество такой материи просчитывается по относительному количеству легких элементов во Вселенной.
Если это не обычное вещество, то что же это такое?.. Хоукинс считает, что есть единственное реалистическое объяснение: черные дыры, образованные на заре рождения Вселенной. Идея звучит достаточно неожиданно, поскольку термин «черные дыры» был традиционно связан с гравитационным коллапсом тяжелых звезд. Для массы Юпитера этот процесс невозможен.
Однако в первые моменты после Большого взрыва были созданы такие условия, что даже небольшая масса могла сжаться в черную «дырочку». Еше в 1980 году Дэвид Шрамм и Матт Кроуфорд из Чикагского университета оценили, что такие адские условия могли возникнуть через несколько миллионных долей секунды после взрыва. В это время Вселенная представляла собой горячий «суп» из свободных кварков. Мгновением позже сильное взаимодействие стало собирать кварки в протоны и нейтроны. При таком переходе плотность некоторых участков первичного «супа» может стать гигантской, вполне достаточной для спонтанного возникновения черных дыр. Расчеты подтверждают эти предположения.
Вначале революционная идея Хоукинса вызывала сильные протесты. Мартин Ривс из Кембриджа указывал на то, что вероятность наткнуться на подобную линзу у самых близких квазаров очень мала, а у них тоже есть колебания яркости. Хоукинс соглашается с возражениями, но у таких квазаров колебания очень коротенькие, и они могут быть вызваны процессами в самом квазаре.
Следующее возражение относится к тому, как происходит процесс изменения яркости. В случае линзы яркость должна нарастать и спадать симметрично, а среди квазаров Хоукинса особой симметрии не было. Тогда он предположил, что накладывался эффект действия нескольких линз, и сложный математический анализ подтвердил эту гипотезу: для каждого квазара удалось выделить несколько симметричных кривых.
Но астрономы не приучены к сложной математике, и им хотелось бы наблюдать четкий и симметричный сигнал от одной линзы.
Кроме того, Петер Шнайдер из Института Макса Планка придумал другое объяснение для эффекта независимости цвета от удаления квазаров. Свет от далеких квазаров смещен в красную область – ведь Вселенная расширяется, и они удаляются от нас с огромными скоростями. Работает хорошо знакомый всем эффект Доплера: если удаляющийся от нас объект испускает излучение, то до нас оно доходит с более низкой частотой (то есть с большей длиной волны). Так вдруг понижается тон сирены «скорой помощи», когда она проносится вдаль мимо нас.Значит, квазар испускает более короткие длины волн, чем мы видим, а более короткие волны исходят из более горячих и компактных участков квазаров, их центров. Они могут менять свою яркость быстрее, чем весь квазар в целом. «Хоукинс видит у далеких квазаров колебания яркости не всего квазара в целом, а его небольшой части, поэтому они происходят достаточно быстро; это компенсирует ожидаемый эффект увеличения периода колебаний с удалением квазара», считает Шнайдер.
Однако, несмотря на все возражения, идея Хоукинса считается очень интересной, и ее просто необходимо проверять дальше. Особенно интересно посмотреть на те квазары, рядом с которыми есть галактики, потому что они могут своими массами работать как добавочные гравитационные линзы и делать эффект Хоукинса более четким и наглядным.
Хоукинс полон планов и надежд: «Я собираюсь продолжать и расширять свои исследования. В конце концов я слежу за квазарами всего двадцать лет, светимость их успела нарасти и снизиться только два раза. Понятно, что это не очень убедительный материал».
«Колоссальным преимуществом идеи Хоукинса является возможность ее экспериментальной проверки», считает Энди Тейлор, коллега Хоукинса по Эдинбургу. С этим соглашается и Шрамм.
А нам остается ждать. Может быть, начало следующего века подарит нам такую же ломку представлений о природе, как это случилось в уходящем столетии.
Диалоги о природе пространства и времени
Чтение популярной статьи похоже на монолог или публичную лекцию: один высказывает свои мысли, а остальные молча слушают и наверняка кое у кого возникают сомнения в компетентности говорящего – небось, привирает. Не зря древнегреческие философы часто строили свои научные работы в форме диалогов, чтобы дать возможность читателю услышать доводы обеих сторон., так честнее. А читатель сам будет выбирать, какая позиция ему ближе. И уж совсем фантастическое везение, если оба участника диалога окажутся знатоками обсуждаемого вопроса. Именно так и повезло нам с вами.
Не так давно Стивен Хоукинг и Роджер Пенроуз дали несколько публичных лекций об общей теории относительности в Институте математических наук имени Исаака Ньютона в Кембридже. Два этих имени известны всем, кто сегодня интересуется космологией, оба ученых – признанные эксперты в своей области. Но они не сходятся во взглядах на то, что происходит в черных дырах и почему начало жизни Вселенной отличается от ее конца.
Хотелось бы предоставить слово самим выдающимся ученым нашего века и познакомить вас с некоторыми выдержками из лекций Хоукинга и Пенроуза, которые удастся уместить на ограниченном журнальном пространстве.
Стивен Хоукинг.
Квантовые черные дыры
Квантовая теория черных дыр приводит к новому уровню непредсказуемости в физике, более высокому, чем обычная неопределенность, связанная с квантовой механикой. Черные дыры обладают собственной энтропией и засасывают в себя информацию от окружающего участка Вселенной. Этот момент вызывает активные возражения со стороны экспертов из области физики элементарных частиц: никто из них не может согласиться с бесследным исчезновением информации. Но, с другой стороны, пока нет никакой мало-мальски разумной гипотезы, как информация может выбраться из цепких объятий черной дыры. Честно говоря, я уверен, что рано или поздно моим оппонентам придется принять мою точку зрения точно так же, как они согласились с излучением черной дыры, что шло вразрез со всеми общепринятыми представлениями.
Тот факт, что гравитация притягивает массы друг к другу, неизбежно приводит к стремлению материи соединиться в компактные объекты типа звезд и галактик. Их удерживает от неограниченного сжатия тепловое давление (в случае звезд) или вращение и внутреннее движение (в случае галактик). Однако с течением времени тепло излучается, и объект начинает сжиматься. Если его масса меньше полутора солнечных масс, то он превращается в белого карлика или нейтронную звезду, от дальнейшего сжатия его удерживает расталкивание электронов или нейтронов. Если же масса больше этого предела, го противодействовать гравитационному сжатию ничто не может, и тело сжимается до такого радиуса, что на его поверхности даже лучи света не могут перебороть огромной силы притяжения. Получается некая замкнутая область пространства.