Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Хайно Фальке Страница 31

окно во Вселенную. В 1932 году Карл Гуте Янский впервые обнаружил космическое радиоизлучение, зарегистрировав радиошумы явно космического происхождения; при этом самые сильные сигналы приходили из окрестности созвездия Стрелец. Сегодня мы знаем, что галактический центр, находящийся посередине нашего Млечного Пути, лежит именно в том направлении.

Голландский ученый Ян Оорт тоже считал, что центр Млечного Пути лежит где‐то на этом направлении. Оорт, давший свое имя Облаку Оорта, которое окружает Солнечную систему и является домом для комет, установил, что расстояние до галактического центра составляет примерно 30 000 световых лет, и в определении этого расстояния он очень близко подошел к измеренному сегодня значению в 27 000 световых лет. Его соотечественник Хендрик ван де Хюлст продвинул радиоастрономию еще на шаг дальше. Во время Второй мировой войны, когда Голландия была оккупирована нацистами, он скрывался в утрехтской обсерватории. Работая там, он предсказал, что водород, столь широко распространенный в атомарной форме в нашем Млечном Пути, должен излучать спектральные линии в радиодиапазоне, а именно – на частоте, в точности равной 1,4 ГГц (примерно в диапазоне частот наших современных мобильных телефонов).

Это стало для астрономов озарением в самом прямом смысле этого слова. Радиоволны могут проникать через препятствия толщиной в стену, и облака пыли в Млечном Пути не представляют для них серьезной преграды. Теперь можно было регистрировать радиоизлучение, пробивающееся сквозь темные пятна Млечного Пути, и ван де Хюлст и Оорт смогли измерить его структуру и даже обнаружить спиральные рукава в Галактике. Их было бы довольно легко увидеть, если удалось бы воспарить над Галактикой, но мы с вами находимся в ее плоскости и потому смотрим на нее сбоку.

В середине 1950‐х годов нам наконец удалось точно определить наше положение в Млечном Пути. Солнечная система на самом деле находится между Рукавом Стрельца и Рукавом Персея в так называемом Местном Рукаве. Мы движемся вокруг галактического центра со скоростью 250 километров в секунду. Хорошо, что нам не нужно составлять наши календари, руководствуясь галактическим годом: чтобы сделать полный оборот на этой галактической карусели, нашей планетной системе требуется 200 миллионов земных лет.

Подобно тому, как планеты обращаются вокруг Солнца, Солнце, в свою очередь, обращается вокруг центра Млечного Пути. Сегодня мы можем заметить его движение, понаблюдав за черной дырой в галактическом центре с помощью наших радиотелескопов в течение нескольких недель, как это регулярно делают мои коллеги Андреас Брунталер и Марк Рейд[89]. Высокая скорость галактического центра относительно нас – иллюзия, поскольку именно мы движемся относительно центра Млечного Пути вместе со всеми звездами вокруг нас.

Из-за этого в долгосрочной перспективе картина нашего неба также изменится. Примерно через 100 000 лет семь звезд знаменитого Большого Ковша, входящего в гораздо большее созвездие Большая Медведица, станут выглядеть иначе, чем сегодня. Трапециевидный ковш с ручкой будет выглядеть так, как будто кто‐то расплющил его о стену.

Млечный Путь по‐прежнему является объектом пристального изучения. Миссия Gaia Европейского космического агентства (ЕКА) сообщает нам массу новых подробностей его строения и истории развития. В 2018 году Амина Хельми раскрыла секрет, который наш Млечный Путь хранил с незапамятных времен. (Амина Хельми – галактический археолог и профессор Гронингенского университета, и в этом качестве она является преемницей своих великих предшественников Каптейна и Оорта.) Десять миллиардов лет назад наша Галактика поглотила целую галактику Гайя-Энцелад, и орбиты ее осколков до сих пор пересекают нашу Галактику. Захватив такую жирную галактическую добычу, диск нашего Млечного Пути вырос в размерах, а в центре у него образовалось небольшое брюшко, так называемый балдж (выпуклость).

Но Млечный Путь пока не закончил свое развитие. Вокруг него обращается еще много маленьких галактик, а через несколько миллиардов лет мы сольемся с равной нам по размеру соседней галактикой Андромеды. Нашу родную Галактику еще ждут впереди захватывающие события.

6

Галактики, квазары и Большой взрыв

Галактики в движении

На моем вводном занятии в начале каждого семестра я всегда несколько минут занимаюсь со студентами физкультурой. Я прошу пятерых студентов встать у стены плечом к плечу так, чтобы они образовали линию, перпендикулярную стене. Ближайшая к стене студентка должна, согнув в локте и прижав к телу левую руку, опереться ею о стену. Все остальные кладут свои левые руки на плечо соседа/соседки. По моей команде они одновременно должны вытянуть левые руки так, чтобы между каждым студентом и его соседом слева образовалось расстояние, равное длине руки. Что же тогда произойдет?

Если все они одновременно вытянут руки, то студентка, стоящая прямо у стены, должна будет сделать один шаг в сторону. Ее сосед, чтобы удержать равновесие и чтобы расстояние от него до соседки слева оказалось равным длине руки, должен сделать два шага в сторону, в результате чего он уже будет стоять на расстоянии двух длин руки от стены. А его соседу справа придется, соответственно, в ту же секунду отпрыгнуть на три шага в сторону. Ну, а что же ждет бедную студентку, стоящую последней? Все верно: она получит изрядный толчок и отлетит в сторону – сделать пять шагов за секунду просто нереально. К счастью, обычно мне удается ее поймать.

Эта демонстрация иллюстрирует процессы, происходящие при расширении пространства. Что случается, когда между двумя студентами или, скажем, между двумя галактиками появляется небольшой зазор? Они все будут отскакивать друг от друга, и чем больше будет становиться расстояние между ними, тем быстрее им придется двигаться. Это простое наблюдение, но когда мы распространяем его на космос, оно меняет наше представление о Вселенной так же радикально, как открытия Коперника, Кеплера или Ньютона[90].

Вскоре после того, как Эйнштейн опубликовал свою теорию относительности, он обнаружил, что у него возникла проблема с “его вселенной”: она оказалась нестабильной. Как известно, гравитационное взаимодействие обуславливает только притяжение объектов друг к другу. Технически, вселенная, заполненная материей, должна сжаться в точку, как воздушный шар, когда из него выходит воздух. Сегодня мы называем этот сценарий “Большим сжатием”.

К счастью, Эйнштейн смог проделать со своими уравнениями один трюк, а именно: вставить в них свободный параметр – так называемую “космологическую постоянную”. С ее помощью он ввел некую таинственную силу, заставляющую Вселенную расширяться, – своего рода антигравитацию. Введя эту космологическую постоянную, Эйнштейн смог спасти модель своей вселенной от неизбежного Большого Сжатия, однако тот факт, что пришлось искусственно ввести этот параметр, его раздражал.

Дальше – больше. В 1922 году советский физик Александр Фридман сообщил Эйнштейну, что он может описать Вселенную с помощью уравнений