В начале июля новейший космический телескоп NASA, Nuclear Spectro-scopic Telescope Array, вошел в рабочий режим и сделал свои первые снимки одной из хорошо изученных черных дыр. Тем самым он дал нам повод рассказать вам о последних исследованиях астрофизиков, которые изучают черные дыры, в том числе исполинский Стрелец А*, находящийся в центре нашей галактики.
13 июня на орбиту Земли был выведен телескоп Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR). По сути, это не один прибор, а целая серия аппаратов рентгеновского типа. Каждый из них в 500 раз чувствительнее, чем ранее существующие модели.
Еще одной особенностью новой станции стало то, что ее запустили в космос не с поверхности Земли, а… с борта самолета. Впервые воздушный старт использовался еще в докосмическую эру. Кстати, первый и на долгое время единственный самолет, совершивший суборбитальный полет, был запущен в 1959 году с бомбардировщика «Б-52».
На орбиту NuSTAR выводила ракета-носитель Pegasus XL компании «Orbital Sciences», которая стартовала с самолета L-1011 Stargazer – модифицированного варианта пассажирского лайнера от компании «Локхид». Технология воздушного старта приобрела в последнее время большую популярность. Это гораздо дешевле запуска ракеты с Земли, тем более что в качестве промежуточного носителя может выступать не только самолет, но даже воздушный шар или дирижабль. Есть, конечно, и недостатки – большую и тяжелую ракету так не запустишь. Но если вес объекта, который должен оказаться на орбите, невелик или полет должен происходить на суборбитальном уровне – лучшего способа нет. В нашем случае ракета-носитель была закреплена под фюзеляжем самолета. L-1011 Stargazer поднялся в небо и сбросил груз на высоте 12 км.
23 дня NuSTAR вращался на орбите планеты. В это время с Земли ученые его тестировали и калибровали. Затем он развернул свою 10-метровую мачту, на которой, собственно, и закреплена рентгеновская оптика. На длинных кронштейнах объективы отодвинулись от камер. В общем, сложный космический телескоп разложился так же, как его старинный предок – подзорная труба.
Наша галактика устроена очень сложно. По последним данным, в нее входит около 200 млрд. звезд, из которых мы можем наблюдать только 2%, а также тысячи гигантских облаков газа и пыли, скоплений и туманностей. Со стороны Млечный Путь напоминает диск, вращающийся вокруг своей оси.
Ученые условно делят галактику на 3 части. В центральной области – ядре – находятся самые старые звезды. От ядра отходят спиральные рукава, в одном из которых находится наша Солнечная система. Всю эту структуру окружает сферическое гало, состоящее в основном из раскаленного газа, звезд и темной материи.
Что же является осью, вокруг которой вращается этот исполинский волчок? Сегодня астрофизики считают, что в центре галактического диска находится огромная черная дыра, получившая название Стрелец A* (она же Sagittarius A* или Sgr A*). Масса этого образования, по оценкам ученых, приблизительно равна 4,3 млн. солнечных.
NuSTAR стал первым современным орбитальным аппаратом, предназначенным для изучения гамма-излучения. Он может обнаружить остатки от взрывов сверхновых звезд. «В настоящее время физика сверхновых известна далеко не полностью. Тот факт, что мы сможем увидеть эти взрывы буквально в ином свете, даст нам представление о том, как эти процессы работают и как могут себя вести в других условиях. Наш телескоп открывает новое окно к высоким энергиям Вселенной», – сказал Уильям Крейг, менеджер NuStar в университете Беркли.
Новый телескоп поможет объяснить происхождение и работу многих космических объектов: квазаров и дальних галактик, расположенных в ранней Вселенной. Два года он будет наблюдать за происходящим в различных областях космического пространства. И одной из его главных задач станет исследование такого загадочного космического явления, как черная дыра.
Невидимые гиганты
Благодаря NuSTAR и его предшественникам сегодня мы знаем о черных дырах довольно много. Согласно общепринятой теории, это области в пространстве, которые не может покинуть ни один объект, даже если он движется со скоростью света. Причиной тому – гравитационное поле огромной силы, которое они создают.
Впрочем, пока эта теория не подтверждена окончательно. И немудрено: из-за того, что черные дыры не излучают света, ученые не могут наблюдать за ними даже с помощью самых совершенных приборов. Зато астрофизики активно изучают звезды, находящиеся вблизи этих гигантских областей – под влиянием мощнейшей гравитации они постоянно реагируют на соседство малоизученного явления.
До недавнего времени науке были известны два вида черных дыр: небольшие, массой в несколько Солнц, и гигантские, вроде Стрельца A*, которые располагаются в основном в центре галактик. Но недавно уже упоминавшаяся нами обсерватория «Чандра» и орбитальный телескоп SWIFT обнаружили третий тип – среднего размера. Их масса составляет порядка 90 тыс. масс Солнца.
NuSTAR – далеко не первый орбитальный объект, призванный наблюдать за далеким космосом. С 1999 года околоземное пространство бороздит космическая обсерватория «Чандра», запущенная NASA. Она получила свое имя в честь американского физика и астрофизика индийского происхождения Чандрасекара, занимавшегося теорией черных дыр. Кстати, «Чандра» установила мировой рекорд, еще даже не выйдя в космос. Ее взлетная масса – 22 753 кг – оказалась максимальной, которую смог поднять на орбиту космический челнок Шаттл.
Второй аналогичный аппарат, «XMM-Newton», – ровесник «Чандры». Его разработало Европейское космическое агентство. Аппарат длиной 10 м весит 3800 кг и несет на себе три рентгеновских телескопа.
Правда, пока ученым известен только один такой объект – HLX-1 (Hyper-Luminous X-ray source 1). Да и тот нашли случайно: астрономы заметили яркие вспышки рентгеновского излучения и радиоволны в стороне от спиральной части галактики и занялись их изучением.
Руководитель исследований Натали Уэбб из Центра изучения космических излучений прокомментировал открытие: «Наши наблюдения в период с 2009 по 2010 год показали, что HLX-1 ведет себя подобно небольшим черным дырам. Но для более точной классификации нам понадобился еще год наблюдений за радиовспышками».
По мнению ученых, новый тип черных дыр может появляться в центре шарообразных скоплений, где звезды благодаря силе гравитации расположены очень близко друг к другу, либо там, где до этого погибла гигантская звезда. Обнаружение HLX-1, которая, как предполагают специалисты, еще развивается, должно помочь физикам и астрономам подтвердить или опровергнуть эту теорию. Натали Уэбб считает: «Возможно, промежуточная стадия является предшественником более крупных образований и может вырасти, поглотив достаточное количество материи или объединившись с несколькими себе подобными». Но для более основательного анализа, конечно, необходимо сначала обнаружить и другие черные дыры среднего размера.
Между прочим, HLX-1 достаточно агрессивна. В частности, ее массу удалось выяснить после того, как на нее упали останки твердого каменистого тела или плотное облако газа. Часть «гостинца» она поглотила, а остатки «выплюнула» в виде джета – струи плазмы, двигающейся с околосветовой скоростью. Именно джет излучает в радио- и рентгеновском диапазоне, и часть этого излучения зафиксировали телескопы.
Но и крупные сородичи ведут себе не спокойней. Как раз в конце июня произошла настоящая космическая трагедия с участием наших гигантских героинь…
Космические войны
Астрономы стали свидетелями удивительных событий, которые с полным основанием можно назвать играми богов. Оказалось, что в космических глубинах некие неизвестные доселе силы сталкивают между собой черные дыры, планеты и даже целые галактики.
Из галактики CID-42, которая расположена в 4 млрд. световых лет от нас, неожиданно оказалась выброшена сверхмассивная черная дыра. Это событие зафиксировала все та же обсерватория «Чандра». Теперь огромное космическое тело несется через космос со скоростью 5 млн. км/час. Что же произошло?
Ведущий сотрудник Астрофизической обсерватории в Кембридже Франческа Чивано объясняет: «Мы с помощью компьютерного моделирования выяснили, что CID-42 образовалась при столкновении двух галактик. Каждая из них имела по собственной сверхмассивной черной дыре. Когда эти тяжеловесы врезались друг в друга, то столкнулись и черные дыры. Они слились в одну. Но удар породил такие мощные гравитационные возмущения, что под их действием образовавшаяся новая черная дыра вылетела из галактики».
Естественно, такая катастрофа огромна даже по космическим меркам. О том, как бы это выглядело в случае с нашей галактикой, не пишут даже в научной фантастике. Уж о больно глобальных масштабах идет речь.
А зря. Дело в том, что и Стрелец A* в будущем году тоже решил преподнести ученым сюрприз. Нет, центр нашей галактики не собирается никуда лететь с огромной скоростью, но зрелище, которого ожидают астрономы, судя по всему, будет весьма впечатляющим.
NuSTAR имеет довольно необычное устройство: его инструменты – два соосных телескопа со специальным покрытием поверхности и детекторами последнего поколения, способными эффективно работать до энергий 70-80 кэВ. Фокальная длина (т.е. длина фокусировки) телескопа составляет около 10 м – немало, если учитывать размеры самого спутника. Точность достигается как раз при помощи тех самых раздвижных ферм. Прототип телескопов NuSTAR, прибор под названием HEFT, был успешно испытан при запуске на воздушном шаре в 2005 году. Старт самого NuSTAR планировали еще на весну, но при испытаниях были выявлены некоторые сбои в программном обеспечении и запуск отложили.
Зеркальная система аппарата NuSTAR в 100 раз чувствительнее лучших телескопов этого энергетического диапазона. Таких характеристик удалось достичь благодаря установке на аппарате многочисленных зеркал и датчиков электромагнитных волн.
Общая стоимость самого крупного проекта NASA в астрофизике – 180 млн. долларов.
Не стоит думать, что подобные космические катаклизмы являются исключительными событиями. Звезды, планеты и прочие объекты постоянно движутся под действием гравитационных полей и сталкиваются довольно часто – по космическим меркам. Например, в 2009 году американские ученые с помощью космического телескопа «Спитцер» обнаружили следы одной такой катастрофы, произошедшей в районе молодой звезды HD 172555. Две планеты, одна приблизительно размером с Меркурий, а другая – с Луну, на скорости в 10 км/с врезались друг в друга. Та, что была поменьше, сразу же испарилась, более крупная получила серьезные повреждения. Сегодня о былой катастрофе напоминают только оплавленные камни, пылевые облака и остатки лавы, парящие в черной пустоте. По ним-то и удалось восстановить картину произошедшего.
Катастрофа в нашей галактике
По прогнозам специалистов, черная дыра Стрелец A* в скором времени поглотит пылевое облако, которое на свою беду движется к ее пределам. Примерно через год, летом 2013-го, оно попадет под влияние черного гиганта. В числе прочих ученых необычное космическое явление готовится наблюдать астрофизик Стефан Джиллесен, который изучает центр нашей галактики на протяжении последних 20 лет. За все это время он видел только две звезды, которые «осмелились» настолько же приблизиться к черной дыре.
«Отдельные звезды, пролетавшие мимо, оказались нетронутыми, – рассказывает он, – но на этот раз все будет отличаться, последствия для пылегазового облака будут трагическими».
В виду того, что обреченное облако движется к своей гибели с каждым годом все быстрее (сейчас его скорость составляет больше, чем 8 млн. км/ч, она почти удвоилась за последние семь лет), похоже, избежать уничтожения ему не удастся.
Подходя все ближе и ближе к Стрельцу, оно будет постепенно сжиматься, но это не остановит его движения, а возможно, даже ускорит. После чего оно вытянется вдоль всей орбиты и будет разорвано на куски. Собственно, уже сейчас, на достаточно большом расстоянии от черной дыры, видно, что края облака отрываются.
Райнхард Гензель, руководитель научной группы Большого телескопа VLT, считает, что ученых ждет уникальное зрелище: «Следующие несколько лет будут полны действительно фантастических и захватывающих событий, которые будут происходить по космическим масштабам прямо у нас под носом. Прямо на наших глазах облако столкнется с черной дырой, будет полностью разрушено, и его материя начнет бурно взаимодействовать с горячим газом вокруг черной дыры. Космические катаклизмы такого масштаба мы еще никогда не наблюдали в режиме реального времени. Ранее мы могли видеть только следы подобных катаклизмов».
Но вся эта чрезмерная космическая активность, так радующая ученых, не может не пугать нас, простых обывателей. Когда вокруг гибнут целые галактики, по сравнению с которыми наша Солнечная система просто пылинка, не случится ли так, что в общей кутерьме случайно сметет и нас?
Что будет с нами
Ученые считают, что такая вероятность не исключена. Разумеется, все произойдет не в миг, но если уж дело дойдет до катастрофы, исправить ничего будет нельзя. Ведь современная наука до сих пор не придумала защиты даже от мелких космических тел, вроде астероидов. Что уж говорить о катастрофах вселенского масштаба?
Бенджамин Цукерман из университета Лос-Анджелеса говорит: «Считается, что 4 миллиарда лет назад при столкновении сильно разогретой Земли с другим крупным небесным телом произошел выброс магмы в космос, в результате которого образовался естественный спутник».
И это далеко не единственная катастрофа, которая случилась в Солнечной системе за время ее существования. Из-за столкновений с небесными телами пострадал Меркурий. От удара с него слетела вся верхняя кора, и планета превратилась в пустыню, покрытую, как рубцами от былых ран, кратерами. Уран как будто бы лег на бок – и это тоже не случайность: когда-то мимо него на огромной скорости пронеслось некое колоссальное космическое тело, и его гравитационное поле попросту опрокинуло планету. Спутник Плутона Харон также появился после страшного катаклизма. Уран и Нептун дважды менялись орбитами – причин этого явления ученые не знают до сих пор. Да и наша соседка Венера раньше вращалась в противоположном направлении.
Собственно, одна из возможных катастроф уже предсказана. Две галактики – Млечный путь и соседняя Андромеда – несутся навстречу друг другу со скоростью 400 тыс. км/ч. Когда-нибудь они обязательно столкнутся и станут единым целым. К счастью, случится это только через 4 млрд. лет. Но ведь нет гарантии, что не произойдет еще что-то, о чем ученые сегодня даже и не догадываются.
Впрочем, это далеко не единственный сценарий. Если планете Земля и суждено погибнуть из-за космической катастрофы, то с гораздо большей вероятностью это произойдет после столкновения с каким-нибудь астероидом. Но и этот сценарий не самый очевидный в череде пророчеств грядущего катаклизма. С большой вероятностью люди уничтожат себя сами. Изобретут какую-нибудь «сугубо мирную технологию», произведут на ее основе оружие и подорвутся на нем. Или используют что-нибудь из уже существующего арсенала.
