Наше место– Местный Пузырь

Рафаил Нудельман • 08 августа 2016
Где-то там, в глубинах космоса, происходит множество событий, но эти новости из глубинки, увы, приходят к нам с опозданием. И то сказать — где мы выбрали жить?! Чуть не на самой периферии своей галактики (Млечный Путь), в одном из ее спиральных рукавов и на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра нашей галактики.

    Где-то там, в глубинах космоса, происходит множество событий, но эти новости из глубинки, увы, приходят к нам с опозданием. И то сказать — где мы выбрали жить?! Чуть не на самой периферии своей галактики (Млечный Путь), в одном из ее спиральных рукавов и даже не на ближайшей к ядру его стороне, а на расстоянии 25 тысяч световых лет от центра нашей галактики. А ведь, между прочим, световой год — это почти 10 тысяч миллиардов километров.

    С другой стороны, когда эти новости до нас, в конце концов, доходят, хочется возблагодарить судьбу или кого там, что мы живем именно здесь и именно сейчас. Впрочем, может, мы именно потому еще и живем. Судите сами. Вот очередная космическая новость. Американские астрономы под руководством Даниэля Ванга недавно впервые сумели заглянуть в центр Млечного Пути. Это загадочное место застлано густыми облаками межзвездного газа, сильно нагретого и потому излучающего так сильно, что обычные телескопы ничего уже не видят. И потому до последнего времени мы понятия не имели, что происходит в центре Млечного Пути.

    Но вот в 1990 году запустили в космос телескоп «Чандра», который видит не в обычных лучах, а в рентгеновских, что позволяет ему проникать своим оком сквозь любой газ и улавливать потоки рентгеновских лучей, которые идут преимущественно не от этого газа, а от весьма специфических космических объектов — взрывающихся сверхновых звезд, сверхплотных и сверхраскаленных «белых карликов», — а также от «черных дыр» всякого размера, больших и маленьких. Собрав результаты работы «Чандры» за все 10 лет, истекших с ее запуска, и посидев над ними пару годочков для анализа и обобщений, ученые получили мозаичное изображение небольшого участка нашего галактического ядра размером 400 на 900 световых лет.

    Получившееся — ошеломительно. Ядро нашей галактики — место безумной, титанической активности. Да что там титаны! Какие титаны сравнятся со взрывом одной сверхновой звезды? А их там десятки и сотни взрываются за считанные годы. Между этими распухающими в космосе исполинскими огненными пузырями пространство густо напичкано еще и упомянутыми белыми карликами, а между ними пышут ренгтеновским жаром источники-невидимки — небольшие черные дыры, эти остатки «провалившихся внутрь самих себя» (коллапсировавших) массивных звезд, раз в 8-10 больше нашего Солнца. И все это раскаленное, бешеное, беззвучно грохочущее месиво вдобавок еще и стремительно вращается. Его приводит во вращение величественно расположенная в самом центре нашей галактики гигантская, в миллионы солнечных масс и в несколько световых лет в поперечнике черная дыра, которая и сама вращается подобно фантастическому невидимому водовороту, засасывая в свою бездонную утробу миллионы тонн окружающего вещества в секунду.

    О чудовищном уровне этого космического беснования говорит уже то, что температура газа там достигает ста миллионов градусов. Для сравнения — на поверхности нашего Солнца температура всего 6-10 тысяч градусов. Сомневаюсь, что вы захотели бы жить в такой «буче, боевой и кипучей». Но даже если вы все-таки, хоть на минутку, ощутили некий укол тоски по шумной столичной жизни, то утешьтесь мыслью, что никакие знакомые нам формы органической жизни — а стало быть, и мы сами — в таких условиях появиться бы не смогли. Заметьте также, что эта мозаичная картина центра нашей галактики очень похожа на картины других, соседних с нашей галактик, полученные ранее другими астрономами. «Снаружи» эти галактики (их центры) выглядят примерно так же, как наша: черная дыра, а вокруг нее огненная буря.

    Эта общность приводит к любопытному и невеселому выводу: космос — это такая штука, которая создана совсем не для нашей жизни и даже — в основном — не для ее возникновения. Но стоит ей получить такой шанс, как она буквально взрывается миллиардами форм и видов. И выживает миллиарды лет, а ведь такой срок уже сопоставим с возрастом самого нашего космоса! Солнце и его планетная система сложились около 5 миллиардов лет назад и за это время уже успели раз 20 обернуться вокруг галактического центра, пройдя через самые разные условия, — и почти все это время жизнь на Земле существовала и не погибла.

    Второе недавнее открытие астрономов проиллюстрировало, какие неожиданности подстерегают нас на пути Солнца по его траектории в Млечном Пути. Астрономы давно уже знали, что Солнечная система находится в неком особом участке галактики. Он называется Местный Пузырь, по-английски Local Bubble, потому что имеет вид пузыря радиусом примерно в 300 световых лет, причем от окружающего пространства нашей галактики этот участок отличается тем, что внутри него плотность межзвездного газа много ниже, чем в окружающем пространстве. Правда, температура зато много выше — около одного миллиона градусов, но из-за разреженности этот газ «не обжигает». Благодаря такой разреженности газа в нашем участке галактики мы имеем благословенную возможность наблюдать много звезд Млечного Пути, причем в их натуральном цвете — будь газ плотнее, мы видели бы тусклое, красное (из-за рассеяния на молекулах газа) излучение каких-нибудь считанных звезд. Скучное зрелище, и даже великий Кант не смог бы сказать: «…звездное небо над нами».

    Этого, однако, мало. Наш Местный Пузырь расположен так, что немного приподнимается над плоскостью той спирали Млечного Пути, в которой находится Солнечная система, и в результате мы имеем еще более замечательную возможность — видеть «наружные» галактики и познавать их строение. Без этого наши представления о космосе были бы недалеки от представлений Косьмы Индикоплова, и Хаббл наверняка не открыл бы, что галактики удаляются друг от друга.

    Кстати, насчет созерцания галактик «снаружи». Земные астрономы недавно исхитрились, буквально вывернувшись наизнанку: они сумели смоделировать «наружный вид» Вселенной в целом! По расчетам американских астрономов Глазербрука и Балдри, сочетание преобладающих в галактике звездных цветов — красного (старых звезд) и голубого (молодых) — ведет к тому, что «снаружи» Вселенная должна выглядеть зеленоватой. Более того, ее цвет должен был меняться со временем. Буквально на днях установлено — это вызвало большой шум и все еще продолжающиеся споры в астрономических кругах, — что уже через 500 миллионов лет после Биг Бэнга во Вселенной начали появляться первые звезды, причем сразу в огромных количествах; сейчас, спустя 14 миллиардов лет, это звездообразование идет во много-много раз медленней. Так вот, в те «темные миллионолетия», когда звезд не было, Вселенная, вероятно, была практически невидима «снаружи», потом она воссияла как гигантский голубой фейерверк — все звезды были молодые и потому голубые, к нынешнему времени она «позеленела», а дальше будет «краснеть» и тускнеть, пока опять не станет полностью невидимой по причине бесконечной изреженности.

    Но вернемся к Местному Пузырю. Тот, кто подумает, что именно своему пребыванию в нем Земля обязана появлением на ней жизни, — круто ошибется. Дело в том, что, как сейчас установлено, Местный Пузырь — явление недавнее. Еще каких-нибудь 2-5 миллионов лет назад его не было, и Солнце со своими планетами прокладывало себе путь сквозь более густой, но и более холодный газ, и земные астрономы, которых тогда, конечно, не было, видели бы над собой вместо звезд и галактик одни лишь тусклые расплывчатые красноватые пятна. Жизнь, тем не менее, существовала и тогда — и не только планктонная в океанах, но и вполне развитая на суше.

    И вот благотворное появление Местного Пузыря сейчас удалось объяснить. Сделала это группа американских астрономов во главе с доктором Джесусом Апелланизом, которая несколько лет подряд изучала движение близкой к нам группы звезд, именуемой «Скорпион-Центавр». Восстановив с помощью точнейших наблюдений путь этой группы в прошлом, ученые пришли к следующим выводам:

    а) 2-5 миллионов лет назад она находилась в космическом соседстве с Солнечной системой;

    в) некоторые ее звезды — типичные кандидаты в сверхновые;

    с) 2 и 5 миллионов лет назад Земля претерпела космические катаклизмы, в результате которых на дне океанов отложились друг над другом два слоя, богатых особым изотопом железа, который выбрасывается именно при вспышках сверхновых звезд. Сама собой напрашивается гипотеза: 2-5 миллионов лет назад, во время сближения с этой группой (полагают, на расстояние около 100 световых лет), Солнечная система подверглась мощному облучению и заражению изотопами железа в результате взрыва сверхновых звезд в этой группе.

    Жена доктора Апелланиза, будучи морским биологом, установила даже, что в это же время произошла массовая гибель планктона на поверхности земных океанов. Не исключено, но это уже очень далекая возможность, что и последующее бурное развитие гоминидов было следствием каких-то благодетельных мутаций, вызванных этими же сверхновыми (или, по крайней мере, стало следствием уменьшения конкуренции других существ). Что, однако, вполне правдоподобно, так это факт, что излучение нескольких сверхновых подряд должно было буквально «вымести» из окружающего Солнце пространства основную часть космического газа — это и привело, как полагают авторы открытия, к появлению вокруг нас Местного Пузыря.

    Что сказать об этом букете новейших астрономических открытий? Только одно — нужно очень предусмотрительно выбрать место и время своего появления на свет. Это, конечно, шутка. А всерьез: наше существование здесь и сейчас — следствие того, что нас миновали обстоятельства рождения или развития, которые давно уничтожили другие возможные очаги зарождения жизни. Это как с автомашиной: те, кто жив, обязаны этим не столько какому-то «выбору» или «провидению», сколько тому, что их миновала беда. Те планетные системы, которые возникали при звездах галактического центра, не могли стать колыбелями жизни. Наша Земля стала такой колыбелью, но если бы группа упомянутых звезд прошла вблизи Солнца на расстоянии 10, а не 100 световых лет, то Земля была бы полностью стерилизована. Так что Жизнь и Космос — вещи в определенном смысле антагонистические, вот какая штука…

    Холодные карлики и горячие критики

    В марте минувшего года группа американских астрономов опубликовала в журнале «Сайенс» сообщение о том, что им удалось обнаружить возможных виновников аномально быстрого вращения наружных частей многих галактик (включая наш Млечный Путь). Сегодня, спустя почти год, споры вокруг этого открытия (внесенного, кстати говоря, в список «открытий года») продолжаются с прежним жаром. И мнение большинства астрономов все больше склоняется к тому, что хотя открытие и состоялось, но — не совсем.

    Напомним, о чем идет речь. Планеты вращаются вокруг Солнца, потому что оно притягивает их гравитационной силой, говоря языком Ньютона. Зная массу Солнца, можно подсчитать эту силу, а зная эту силу, можно подсчитать, как быстро должна вращаться каждая планета на ее расстоянии от Солнца. То же самое должно выполняться для галактики в целом. Ее наружные части вращаются под действием гравитационной силы внутренних звезд. Зная массу этих звезд, можно подсчитать эту силу, а зная силу, можно подсчитать, как быстро должны вращаться наружные части галактики. Ну, так вот, они вращаются быстрее, чем предписывает им такой расчет. Это означает, что либо законы Ньютона неприменимы к движению галактик (так полагает израильский физик Мильгром), либо неверно оценена их внутренняя масса (так полагают подавляющее большинство прочих физиков).

    Для наведения порядка нужно предположить, что масса галактики больше, чем масса всех ее видимых звезд и газа, а следовательно, где-то в галактике содержится невидимое, несветящееся, «темное» вещество (по тем же подсчетам оно, кстати, составляет 90 процентов всей галактической массы; светящееся вещество — звезды и газ — всего 10 процентов). Из чего бы могло состоять это странное вещество? Одна из гипотез утверждает, что в галактическом «гало» (так называется вздутая шаром центральная часть галактического диска) имеются многочисленные тяжелые невидимые звезды, которые и составляют искомое «темное» вещество. Прошлогоднее открытие как раз и состояло в том, что в «гало» нашего Млечного Пути было обнаружено сразу несколько десятков (38 для точности) крайне старых и тусклых звезд, то есть холодных белых карликов, которые по своему расположению и практической невидимости вполне подходят на роль «темного» вещества.

    Авторы открытия утверждали, что эти карликовые звезды и составляют «темное» вещество или, по крайней мере, какую-то его часть. Поначалу они оценили эту часть в 2 процента, позже их аппетиты разгорелись, и они заговорили о том, что, возможно, по мере улучшения методов обнаружения этих холодных звезд удастся установить, что их в «гало» много больше, чем найдено сейчас, может быть — даже до 30 процентов от всей массы «темного» вещества.

    Если припомнить, что за частицами или крупными невидимыми телами, которые составляют «темное» вещество, ученые охотятся уже 30 лет — и безуспешно, — то станет понятно, почему это открытие привлекло напряженное внимание и вызвало глубокие сомнения. Основания для них были. Главное состояло в том, что методы, использованные авторами исследования, захватывали в поле зрения не только звезды «гало», но и близлежащую часть галактического диска с его собственными звездами, которые, как уже раньше показали косвенные соображения, не играют роли в «темном» веществе. По мнению критиков, в такой ситуации легко было спутать и принять белые карлики из диска за карлики в «гало» (где только и должно быть сосредоточено «темное» вещество). На это авторы открытия ответили, что имеется очень простая возможность отделить звезды диска от звезд «гало»: первые вращаются вокруг центра Млечного Пути со средней скоростью 22 километра в секунду (как и наше Солнце), вторые практически неподвижны.

    Однако уже после первой публикации результатов открытия критики обрушились на авторов с утверждением, что их методы недостаточно чувствительны, чтобы отличить, «отсепарировать» белые карлики из диска от белых карликов из «гало». По мнению критиков, обнаруженные авторами звезды принадлежат к давно известной популяции нашего Млечного Пути и не имеют никакого отношения к «темному» веществу. Поток неодобрительных замечаний нарастал. Были обнаружены ошибки в расчетах авторов и предложены другие объяснения их результатов.

    Весь этот жаркий спор завершился, когда подошло время для публикации подробного отчета авторов в том же журнале «Сайенс» (первая публикация была, так сказать, «заявочной» и потому предельно краткой, но после этого авторы, не дожидаясь подробной публикации там же, опубликовали все свои данные в Интернете; это, собственно, и послужило началом дискуссии). Журнал, заботясь о своей высокой научной репутации, счел необходимым обратиться к большому числу экспертов и запросить их мнение об утверждениях авторов открытия и их критиков. Единодушное мнение экспертов (а все они, как оказалось, были уже знакомы с интернетовской дискуссией) свелось к тому, что авторы скорее всего действительно наблюдали холодные белые карлики в «гало», но их утверждения о роли этих звезд и «темном» веществе скорее всего изрядно преувеличены.

    Соломонов суд, ничего не скажешь. Теперь к старинному: «Темна вода в облацех» можно смело прибавить ультрасовременное: «И темно «темное» вещество там же».

    Фейерверк или катаклизм?

    Наука, однако, не всегда обнадеживает — иногда ее открытия и пугают. Строго говоря, так оно и должно быть. Вселенная возникла не ради нас, людей, и то, что ученые все-таки находят в ней там и сям средства, облегчающие наше существование, — это, скорее, результат направленной эгоистической изобретательности человеческого мозга, чем следствие какой-нибудь «доброжелательности природы».

    Вселенная сама по себе, без этой защищающей нас изобретательности, — место нам чужое, жестокое и убийственное, и недавнее открытие двух американских астрономов, Клайна и Отвиновского из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, лишний раз в этом убеждает. Эти молодые ученые заинтересовались происхождением загадочной группы так называемых гамма-вспышек, объединяющей примерно 1,5 процента их общего числа. Все вспышки указанной группы имеют примерно одинаковые характеристики и были замечены в одной и той же части неба, что свидетельствует об их «местном» происхождении, то есть о том, что все они произошли в нашей галактике (Млечный Путь).

    Напомню, что гамма-вспышки — это мощные пучки высокоэнергетичных гамма-лучей (их энергия намного превосходит энергию рентгеновских лучей). Эти вспышки продолжаются несколько секунд и появляются на небосводе в самых разных местах, демонстрируя этим, что их источники находятся в самых разных частях Вселенной, преимущественно на ее окраине, очень далеко от нас. Предполагают, что эти вспышки выбрасываются при рождении или столкновении огромных «черных дыр», образовавшихся на самой ранней стадии эволюции Вселенной. Поскольку за истекшее время такие «дыры» за счет расширения Вселенной успели разлететься «до самых до окраин», то именно оттуда к нам и доходят — лишь сейчас — их гамма-фейерверки.

    Однако теперь Клайн и Отвиновский, как уже сказано, выдвинули гипотезу, что упомянутая «особая группа» гамма-вспышек происходит от «местных» источников, лежащих внутри Млечного Пути, и, исходя из характеристик вспышек этой группы, подсчитали, что их источниками являются небольшие «черные дыры» массой примерно 100 миллионов тонн (порядка не очень большой горы на Земле), рассеянные в галактике. По этим подсчетам, в нашем ближайшем космическом соседстве (участке размерами в несколько световых лет — как от Солнца до ближайшей звезды Проксима Центавра) должно содержаться около 10 миллиардов таких «микродыр», ожидающих детонации. Если эта гипотеза верна, то в пределах Солнечной системы должна находиться, по меньшей мере, одна такая «тикающая бомба». Впрочем, авторы новой гипотезы утешают, что эффект ее возможного взрыва будет, скорее, «живописным» (на вкус астрономов, разумеется), нежели «драматическим». «Чтобы всерьез повлиять на жизнь на Земле, — говорит Клайн, — такая «дыра» должна быть хотя бы на таком же расстоянии от Земли, как Солнце». И на том спасибо.