Майкл Уайт - Стивен Хокинг. Жизнь среди звезд

Раз в природе есть квазары, значит, огромные черные дыры с низкой плотностью и в самом деле существуют. В 1967 году, всего через четыре года после того, как было измерено красное смещение источника 3C 273, кембриджские радиоастрономы совершили еще одно революционное открытие – обнаружили радиоисточники, излучающие быстро меняющиеся радиоволны, так называемые пульсары. Сами по себе пульсары – не черные дыры, однако большинству астрономов они открыли глаза на то, что могут существовать и сверхплотные компактные черные дыры, в точности как предсказывает ОТО.

Первые пульсары открыла студентка Джоселин Белл, когда испытывала новый радиотелескоп. Самое поразительное свойство этих объектов – способность мерцать с частотой несколько раз (а то и несколько сотен раз) в секунду с поразительной точностью. Это настолько похоже на искусственный сигнал, своего рода космический метроном, что ученые даже не шутили, когда прозвали первые открытые пульсары «LGM 1» и «LGM 2», где аббревиатура LGM означает «Little Green Man» – «маленький зеленый человечек». Но затем, когда ученые обнаружили новые пульсары, стало ясно, что их слишком много, чтобы считать их маяками для межзвездных полетов, установленными какой-то сверхцивилизацией, и прижилось название «пульсар» – «пульсирующий радиоисточник». К тому же это название рифмовалось со словом «квазар».

Но какое же природное явление способно порождать такие частые и регулярные всплески радиошума? Вариантов было только два. Импульсы свидетельствовали либо о вращении, либо о вибрации очень компактной звезды. Все крупнее белого карлика вращалось или вибрировало бы гораздо медленнее, и это не объясняло бы скорости известных нам пульсаров, а вариант вращающегося белого карлика быстро исключили: простые расчеты показывают, что белый карлик, вращающийся с подобной быстротой, просто разрушился бы.

В начале 1968 года ученые некоторое время считали, что колебания радиошума, которые испускают пульсары, объясняются именно вибрациями белого карлика, который буквально пульсирует – сокращается и расширяется. Однако было несложно рассчитать максимальную частоту, с которой белый карлик может пульсировать, не разрушаясь. Более того, один из авторов (Дж. Г.) даже занимался этими расчетами, когда писал диссертацию. Ответ был неутешительный (для него), но обжалованию не подлежал: белые карлики неспособны пульсировать так быстро, а значит, звезды, обеспечивающие феномен пульсара, должны быть компактнее и плотнее белых карликов.

Короче говоря, это были нейтронные звезды, которые ученые предсказывали теоретически, но до сих пор не наблюдали. Через несколько месяцев после того, как было объявлено об открытии пульсаров, было установлено, что эти объекты и в самом деле представляют собой вращающиеся нейтронные звезды, несомненно, расположенные за пределами нашей галактики и испускающие направленный радиолуч, который проносится мимо нас, подобно лучу маяка. Нейтронные звезды возникают в результате взрывов сверхновых – гибели гигантских звезд. И, как уже давно прекрасно знали теоретики, та же теория, которая предсказывала существование нейтронных звезд – а практики игнорировали этот прогноз добрых тридцать лет с лишним, – предсказывала и то, что, если прибавить к нейтронной звезде совсем немного массы (или если после взрыва сверхновой останется чуть больше мусора), получится коллапсар.

Неслучайно Джон Уилер ввел в обращение термин «черная дыра» всего через год после открытия пульсаров, поскольку, когда ученые поняли, что пульсары – это и есть нейтронные звезды, это вызвало вспышку интереса к ОТО и ее еще более экзотическим прогнозам. Подогрело этот интерес и другое открытие, сделанное при помощи радиотелескопов, которое подтвердило реальность Большого Взрыва как такового.

Когда Вселенная была компактнее, она была и горячее, в точности как воздух в велосипедном насосе нагревается от сжатия. Большой Взрыв был огненным шаром из излучения, в котором роль вещества была незначительной. Но Вселенная расширялась и остывала, и излучение угасло, а на первый план вышло вещество в виде звезд и галактик.

Все это астрономы знали и в 1940-е, и в 1950-е годы. Георгий Гамов с коллегами даже взяли на себя труд рассчитать, до какой температуры остыло бы остаточное излучение к нашему времени. В 1948 году они получили величину около 5 К (то есть минус 268 °C). К 1952 году Гамов был склонен считать, что это заниженная величина, и в своей книге «The Creation of the Universe» («Сотворение Вселенной») писал, что температура должна быть где-то в пределах 50 К. Но и 5 К, и 50 К – это очень низкая температура, и в 1950-е никто всерьез не задумывался, как зарегистрировать этот отзвук сотворения мира, холодное море фонового излучения, заполняющее всю Вселенную и оставшееся после Большого Взрыва.