Книга Бытия. Общая история происхождения - Гвидо Тонелли
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Остается понять, как образуются черные дыры, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. Мы знаем, что, как только черная дыра оказывается в центре галактики, она может разрастаться до немыслимых размеров, медленно поглощая все, что ее окружает. Но где отправная точка этого процесса? Возможно, еще до того, как засияли первые звезды, огромные облака первичного газа собрались в звездоподобные, крайне нестабильные объекты, которые вместо того, чтобы превращаться в обычные звезды, коллапсировали в черные дыры. Некоторые ученые даже выдвинули гипотезу об образовании первичных черных дыр, рожденных менее чем через секунду после Большого взрыва, когда массивные флуктуации плотности новорожденной Вселенной могли вызвать гравитационный коллапс огромных масс вещества. Новое исследовательское поле, в центре внимания которого эти громадные небесные тела, по-прежнему полно загадок.
Тонкие стрелы Ориона
В то же самое время, когда решался вопрос о происхождении и динамике этих турбулентных процессов, решительный прогресс был достигнут в понимании явлений, которые до недавнего времени казались совершенно загадочными. Среди них – космические лучи.
С 1912 года физики занимаются поиском происхождения этого странного ливня из заряженных частиц, непрерывно падающих на нашу планету со всех сторон. У них были зарегистрированы энергии, превосходящие в сто миллионов раз те, что можно получить на Большом адронном коллайдере, и их происхождение до недавнего времени оставалось загадкой. Ее удалось решить потому, что и в этом случае были использованы самые разные инструменты для наблюдения одного и того же явления, и в результате был достигнут еще один успех многоканальной астрономии.
Все началось с сигнала, зарегистрированного нейтринной обсерваторией IceCube, расположенной во льдах Антарктиды.
Для обнаружения нейтрино высоких энергий, крайне редких событий, источники которых расположены в глубоком космосе, необходимы детекторы очень больших размеров. IceCube, “кубик льда”, – ироничное название для детектора объемом с гору: он имеет форму куба, каждое ребро которого длиной один километр.
Его построили в Антарктиде, недалеко от станции Амундсен-Скотт, чтобы использовать чистоту и прозрачность льда, покрывающего континент. Лед бурили, растапливая его, в сотне разных точек на расстоянии ста метров друг от друга в вершинах гексагональной сетки. Глубина бурения превышала два километра. В каждый из образовавшихся узких колодцев поместили детекторы фотонов. Когда вода в колодцах снова замерзла, тысячи детекторов оказались погребены глубоко во льду, в кромешной тьме. А сверхчувствительные электронные глаза начали сканировать темноту в ожидании едва заметных вспышек света, производимых нейтрино-неудачниками – теми из них, которые гибнут, сталкиваясь с ядрами атомов при пересечении толстого ледяного одеяла.
Наезд на ядро частицы с очень высокой энергией порождает рой заряженных частиц, иногда содержащий мюоны – это родственники электронов, но в двести раз массивнее, – которые испускаются в том же направлении, куда до столкновения двигалось нейтрино, со скоростью, превышающей скорость света в этой среде. Единственный способ протолкаться между атомами на такой скорости – это вести себя как истребитель при прохождении звукового барьера. Но только в этом случае вместо акустической ударной волны полет мюона сопровождается крошечными вспышками ультрафиолета, испускаемыми внутрь характерного конуса. Этот эффект впервые был зарегистрирован в 1950-х годах Павлом Черенковым и назван его именем[27].
Таким образом, после гибели нейтрино детекторы IceCube регистрируют последовательность характерных вспышек, которые позволяют измерить и энергию, и направление движения погибшего нейтрино. А это очень важная информация, потому что она позволяет определить источник, откуда к нам прилетел этот легкий вежливый посланник. Космические нейтрино летят по прямой линии, ни с чем не взаимодействуя, игнорируя скопления масс и потоки энергии, встречающиеся по пути, они совершенно нечувствительны к магнитным полям как внутри галактик, так и в межгалактических пространствах. Обнаружить нейтрино – значит идентифицировать галактику, из которой оно прибыло, и начать понимать, какой механизм его породил.
Едва приступив к работе, IceCube сразу зарегистрировал несколько впечатляющих событий, потрясших всех: это были нейтрино с невероятной энергией, в сотни раз превышающей ту, что нам доступна на Большом адронном коллайдере, самом мощном ускорителе в мире. До этого никто и представить себе не мог, что нейтрино с такой высокой энергией блуждают по Вселенной, и тут же встал вопрос: что за чудовищный космический ускоритель способен производить такие частицы?
22 сентября 2017 года детекторы IceCube зарегистрировали событие с энергией 300 ТэВ с участием нейтрино, при поглощении которого родился мюон – его заметный световой след отследили сотни фотодатчиков. Данные были очень четкими, и направление полета нейтрино указывало на далекую галактику, известную как очень активный источник электромагнитного излучения в самых разных диапазонах длин волн. Она расположена примерно в четырех миллиардах световых лет от нас, в созвездии великого лучника Ориона, сияющего в северном небе вечной памятью о гигантском охотнике, убитом руками Артемиды.
Миф гласит, что Аполлон, дабы противодействовать влечению, которое его сестра испытывала к одному смертному, исключительно искусному в охоте, обманом заставил ее убить возлюбленного. Зевс, сжалившись над плачущей дочерью и безутешно стонущим верным псом Ориона Сириусом, соучастником многих шуток, поместил их обоих среди самых великолепных созвездий. Даже сегодня в небе над своими головами мы можем видеть, как охотятся вместе Сириус и Орион, пускающий свои стрелы в сторону Тельца.
Но в данном случае Орион пустил в нашу сторону другие стрелы, более тонкие и всепроникающие, чем те, которыми он поражал оленей и кабанов. Нейтрино, обнаруженные IceCube, приходят из галактики TXS 0506+056, обозначенной одним из тех сложных имен, которыми астрономам приходится пользоваться, чтобы переименовать все галактики, заполняющие небосвод. Но физики не любят сложностей, и они сразу же окрестили галактику иначе, так, чтобы ее новое имя содержало три согласных звука имени, данного астрономами, но легче запоминалось. Новым именем этой галактики стало Texas Source, “техасский источник”.
Исследователи, работавшие с данными этого эксперимента, немедленно обратились ко всем наблюдателям мира: “Ученые планеты Земля, смотрите в сторону Техасского Источника; там что-то происходит”. На призыв откликнулись десятки наблюдателей и направили свои инструменты на указанный источник, и вот вам результат. В последующие дни еще два инструмента, специализирующихся на регистрации фотонов высоких
