Древнейшие метеориты содержат минералы, которые старше самого Солнца. Эти "досолнечные зерна" сформировались в атмосферах умирающих звезд (красных гигантов и сверхновых) миллиарды лет назад и сохранились внутри метеоритов благодаря своей исключительной стабильности.
Анализ изотопного состава этих зерен показывает, что наша Солнечная система сформировалась из вещества как минимум семи разных звезд. Особенно интересны включения карбида кремния, чей изотопный профиль указывает на происхождение из сверхновой типа II, взорвавшейся примерно 7-8 миллиардов лет назад.
Это открытие опровергает старую гипотезу о формировании Солнечной системы из одного однородного газопылевого облака и показывает гораздо более сложную историю вещества, из которого мы состоим.
Все известные галактики, от карликовых до гигантских, демонстрируют признаки наличия сверхмассивной черной дыры (СЧД) в центре. Хотя прямые доказательства* есть лишь для 10% каталогизированных галактик, астрономы уверены: наличие центральной СЧД — это правило, а не исключение.
*Обнаружить "спящие" и менее массивные объекты такой природыкрайне трудноиз-за отсутствия активности, которая могла бы компенсировать огромные расстояния.
Эта космическая закономерность указывает на глубокую, фундаментальную связь между галактиками и их центральными "гравитационными монстрами". Но кто же является лидером в этом космическом тандеме? Отвечает ли галактика за формирование СЧД, или черная дыра вершит судьбу всей галактики?
Властелины галактической эволюции
В июне 2021 года астрономы наблюдали за галактикой со сложным названием HSC J124353.93+010038.5 (сокращенно HSC J124353), расположенной на расстоянии около 13,1 миллиарда световых лет от Земли. Ученые зафиксировали мощнейшие порывы "галактического ветра" — раскаленного газа и заряженных частиц, стремительно вырывающихся из центра галактики.
Источником этого космического урагана оказалась центральная СЧД. Механизм здесь следующий: материя, падая на черную дыру, формирует раскаленный аккреционный диск, который начинает вращаться с околосветовой скоростью. Из-за колоссального гравитационного и магнитного взаимодействия часть этой материи не поглощается черной дырой, а выбрасывается перпендикулярно диску в виде мощных струй плазмы — так называемых джетов. Эти джеты, разогретые до миллионов градусов, взаимодействуют с окружающим газом, создавая тот самый "галактический ветер", скорость которого в случае с HSC J124353 составляет более 1,8 миллиона километров в час. Этот галактический ветер приводит к разогреву окружающего газа, что фактически останавливает процесс звездообразования.
Важно отметить, что для зарождения новых звезд горячий газ необходим, но его непрерывный нагрев галактическим ветром делает сжатие газовых облаков невозможным. А без этого новые звезды не формируются или формируются запредельно медленно.
Созидательное разрушение
Однако не все черные дыры препятствуют зарождению звезд. Например, в карликовой галактике Henize 2-10, находящейся "всего" в 34 миллионах световых лет от нас, черная дыра играет прямо противоположную роль.
Механизм этого процесса элегантен: поглощая материю, СЧД позволяет части нагретого газа "сбежать" к периферии галактики. Там этот газ сталкивается с холодными газовыми облаками, передает им энергию, остывает и запускает процесс формирования новых звезд.
Возникает закономерный вопрос: почему в крупной галактике HSC J124353 галактический ветер препятствует звездообразованию, а в карликовой Henize 2-10 — наоборот, способствует ему? Все дело в масштабах и энергии. В крупных галактиках сверхмассивные черные дыры обычно имеют массу в миллиарды солнечных масс и, следовательно, генерируют более мощные выбросы. Эти мощные потоки разогревают газ по всему объему галактики, не давая ему остыть. В карликовых же галактиках черные дыры заметно меньше (в Henize 2-10 масса центральной черной дыры оценивается примерно в миллион солнечных масс). Вырывающиеся джеты имеют меньшую энергию и успевают ощутимо рассеяться еще до достижения периферии. Там разогретый, но уже не такой горячий газ, столкнувшись с холодными облаками, создает идеальные условия для запуска звездообразования.
Двойственная природа космических властителей
Эти особенности, наблюдаемые и в других галактиках разных форм и размеров, позволяют сделать вывод, что СЧД выполняют роль "вселенских регуляторов", которые:
Ограничивают рост крупных галактик, предотвращая их неконтролируемое расширение;
Помогают расти карликовым галактикам, запуская процессы звездообразования.
Такое избирательное поведение указывает на то, что именно СЧД, а не галактики, играют ведущую роль в этом космическом тандеме. Логично предположить, что сверхмассивные черные дыры появились раньше галактик, поскольку именно они контролируют звездообразование — ключевой процесс в эволюции любой галактической структуры.
Ученые из лаборатории синтетической биологии MIT создали растения, которые светятся в темноте без электричества. Они внедрили гены биолюминесцентных грибов в обычные комнатные растения, заставив их производить фермент люциферазу — тот же, что создает свечение светлячков.
Растения излучают мягкий зеленый свет, достаточный для чтения в темноте. В отличие от предыдущих попыток создания светящихся растений, новая технология не требует внешних химических веществ — все необходимое растение синтезирует само из углекислого газа и воды.
Исследователи работают над увеличением яркости свечения и созданием различных цветов. Потенциальное применение включает не только декоративное освещение, но и "живые фонари" для аварийного освещения в зданиях и создание растений-биосенсоров, светящихся при обнаружении загрязнителей.
В созвездии Тельца находится загадочная туманность IRAS 05437+2502, которая привлекает внимание астрономов своей необычной структурой. Главной особенностью этого космического объекта является яркая дуга в форме бумеранга, расположенная в ее верхней части.
Происхождение этой уникальной структуры до сих пор вызывает дискуссии в научном сообществе. Наиболее вероятное объяснение связано с воздействием звезды, покидающей туманность на колоссальной скорости — более 200 000 километров в час. Такая "звезда-беглец" могла возмутить окружающий газ и пыль, создав наблюдаемую бумерангоподобную форму.
"Астрономы обнаружили "алмазную планету", которая в пять раз больше Земли", "В космосе обнаружен алмаз размером с Землю", "Планета-алмаз — одно из чудес космоса" — такие заголовки все еще появляются в СМИ, рисуя в воображении читателей фантастические миры с сияющими алмазными горами и кристальными морями.
Особенно часто в контексте этих публикаций фигурирует экзопланета 55 Cancri e (55 Рака e), которую окрестили "алмазной планетой". Но давайте разберемся, почему существование таких планет с точки зрения науки невозможно.
Фантазии об алмазных мирах
Итак, чтобы понять, почему концепция "алмазной планеты" — это красивый миф, нужно вспомнить базовые принципы образования алмазов.
Алмаз — это кристаллическая модификация углерода, возникающая при специфических условиях. Для превращения углерода в алмаз необходимо сочетание экстремального давления (более 50 000 атмосфер) и высокой температуры (свыше 1 000 градусов Цельсия). На Земле природные алмазы формируются на глубине более 150 километров.
Теперь представим гипотетическую планету с высоким содержанием углерода. В ее недрах, где давление достигает колоссальных значений, действительно могут формироваться алмазные структуры. Однако по мере приближения к поверхности давление неизбежно падает. А без необходимого давления углерод существует в различных формах — графит, фуллерены, карбин, графен, аморфный углерод — но не в форме алмаза.
Именно поэтому полностью "алмазная планета" физически невозможна. Даже если в ядре такой планеты образуются алмазы, то на ее поверхности углерод будет существовать в иных формах, преимущественно в виде графита.
Откуда же взялся миф о том, что 55 Рака e — алмазная планета? В 2012 году астрономы установили, что эта экзопланета может быть богата углеродом. Масс-медиа подхватили эту новость, превратив "планету с высоким содержанием углерода" в "алмазную планету". Однако дальнейшие исследования показали, что даже исходное предположение о высоком содержании углерода может быть ошибочным.
Это не значит, что углеродные планеты неинтересны науке. Напротив! Планеты с высоким содержанием углерода могут существовать, и их изучение крайне важно для понимания разнообразия планетных систем во Вселенной. Просто реальность, как всегда, оказывается сложнее и интереснее простой "алмазной" фантазии.
Спиральная галактика с перемычкой NGC 1512, раскинувшаяся на 70 000 световых лет, находится на расстоянии около 30 миллионов световых лет от Земли в созвездии Часов.
Туманность Sh 2-308 в созвездии Большого Пса расположена на расстоянии около 4 530 световых лет от Земли. Ее форма удивительно напоминает голову дельфина благодаря характерному изгибу газовой оболочки.
В центре туманности находится звезда HD 50896 (также известная как WR 6) — горячий и массивный объект типа Вольфа-Райе. Именно ее мощный звездный ветер сформировал этот впечатляющий пузырь, выдувая окружающий газ и создавая наблюдаемую структуру.
Перед вами снимок ядра кометы Галлея (1P/Halley), размеры которого составляют примерно 8 на 15 километров. Фотография была получена 14 марта 1986 года аппаратом Европейского космического агентства "Джотто", когда он находился на расстоянии около 2 000 километров от кометного ядра.
Яркие столбы света являются результатом сублимации: солнечное тепло разогревает комету, частично превращая в газ отложения водяного льда, скрывающиеся под ее тонкой корой. Газ, вырываясь наружу, придает комете дополнительную скорость, что позволяет ей постепенно отдалиться от Солнца и вернуться в Облако Оорта.
В следующий раз комета Галлея посетит внутреннюю Солнечную систему только в 2061 году.
Звездное скопление NGC 2660 в созвездии Паруса, которое лучше всего видно на южном небе. NGC 2660 — это рассеянное скопление, тип звездного скопления, которое может содержать от десятков до нескольких сотен звезд, слабо связанных друг с другом под действием гравитации.
В начале своей истории наше Солнце тоже было частью подобного скопления, но после что-то случилось, и теперь мы находимся почти на окраине Млечного Пути.
В 1964 году советский астрофизик Николай Семенович Кардашёв (25 апреля 1932 года — 3 августа 2019 года) предложил революционный способ классификации цивилизаций, основанный на их энергопотреблении. Эта идея оказалась настолько влиятельной, что до сих пор используется учеными при обсуждении будущего человечества и поиске внеземных цивилизаций, достигших более высокого уровня развития.
По мнению Кардашева, именно количество энергии, которую цивилизация способна контролировать и использовать, определяет уровень ее технологического развития. Это логично: чем больше население и выше уровень развития технологий, тем больше требуется энергии. В своей классификации ученый выделил три типа цивилизаций, между которыми существуют колоссальные технологические различия.
Цивилизация первого типа
Такая цивилизация способна использовать все энергетические ресурсы своей планеты и получать дополнительную энергию от родительской звезды. Человечество пока не достигло даже этого уровня, хотя постепенно к нему приближается.
Мы уже научились использовать атомную энергию, развиваем технологии получения энергии от Солнца и стремимся к управляемому термоядерному синтезу, но все еще сильно зависим от ископаемого топлива.
Цивилизация второго типа
Это уже космическая сверхдержава, способная использовать всю энергию своего светила. Такая цивилизация могла бы построить гигантскую сферу Дайсона вокруг звезды, чтобы собирать почти всю ее энергию.
Такая цивилизация могла бы управлять энергией миллиардов звезд, черных дыр (создавая для этого сингулярные реакторы) и, возможно, даже манипулировать пространством и временем.
В 2015 году астрономы обнаружили необычную звезду KIC 8462852, известную как "звезда Табби", расположенную в 1 470 световых годах от Земли. Ее яркость периодически падает на целых 25% — явление, которому ученые до сих пор не могут найти однозначного объяснения. Одна из гипотез предполагает, что вокруг звезды может существовать инопланетная мегаструктура, созданная цивилизацией второго типа.
Это необычное темное образование, напоминающее отпечаток человеческой ступни, представляет собой огромное углеводородное озеро Онтарио, находящееся на Титане, крупнейшем спутнике Сатурна.
Этот природный резервуар простирается на 235 километров в длину, а его ширина колеблется от 50 до 100 километров. Все изображения, представленные в статье, были получены космическим аппаратом NASA "Кассини", который работал в системе Сатурна с 30 июня 2004 года по 15 сентября 2017 года.
Онтарио — крупнейший "водоем" южного полушария Титана, но вместо привычной нам воды здесь плещутся жидкие метан, пропан и этан. Согласно данным радарных измерений "Кассини", осуществленных в 2009-2010 годах, средняя глубина озера составляет всего 3,2 метра. На Земле подобной глубиной может похвастаться только пресноводное озеро Окичоби во Флориде, но оно значительно уступает Онтарио по размерам.
Еще одна отличительная особенность Онтарио — поразительная гладкость. Наблюдения "Кассини", проводимые в рамках многочисленных облетов сатурнианского спутника, показали, что максимальная высота волн не превышает трех миллиметров!
Береговая линия Онтарио не менее удивительна. На западе в озеро впадает река из жидких углеводородов (на снимке ниже), стекающая с более высокой равнины.
Северные и северо-восточные берега окружены затопленными речными долинами, над которыми возвышаются километровые холмы. И хотя вместо воды здесь текут углеводороды, общий вид местности поразительно напоминает земные прибрежные пейзажи.
Титан остается единственным известным небесным телом кроме Земли, на поверхности которого стабильно присутствует жидкость. Кроме того, Титан — единственный спутник в Солнечной системе, наделенный чрезвычайно плотной атмосферой, которая почти на 50% плотнее земной.
Титан — потенциально обитаемый мир. И если жизнь там действительно существует, то она должна радикально отличаться от земной, приспособившись к углеводородным "водоемам" (в качестве растворителя местные организмы могли бы использовать метан и этан, а не воду) и экстремальному холоду около -180°C. Чтобы исследовать эту загадочную луну, NASA готовит миссию Dragonfly, запуск которой намечен на июль 2028 года, а прибытие — на 2034 год.
Dragonfly — это 450-килограммовый дрон, способный совершать вертикальные взлеты и посадки в плотной атмосфере Титана. В отличие от марсоходов, ограниченных сложным рельефом поверхности, этот летательный аппарат сможет свободно преодолевать десятки километров, исследуя различные регионы спутника в поисках возможных следов жизни.
На этом захватывающем снимке от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" запечатлен космический фейерверк — мощные биполярные джеты, вырывающиеся из области формирования молодой звезды. Эта структура, носящая название "объект Хербига-Аро 24" (HH 24), расположена в молекулярном облаке Ориона на расстоянии около 1 300 световых лет от Земли.
Каждая светящаяся струя движется со скоростью в сотни километров в секунду и простирается на расстояние около половины светового года. Джеты возникают, когда материал из аккреционного диска падает на юную звезду, а часть вещества выбрасывается вдоль линий магнитного поля.
Золотистое свечение и замысловатые структуры синего и фиолетового оттенков показывают взаимодействие раскаленного газа с окружающей космической средой, создавая одно из самых зрелищных проявлений звездного рождения во Вселенной.
Этот крупнейший спутник Нептуна хранит множество тайн, и его изучение не только приоткрывает завесу над ранней историей Солнечной системы, но и рассказывает удивительную сагу о небесном теле, прошедшем путь от независимого объекта до спутника.
Знакомство с гигантом
Тритон, открытый английским астрономом Уильямом Ласселом 10 октября 1846 года (всего через 17 дней после обнаружения самого Нептуна), является седьмым по размеру спутником в Солнечной системе.
Его средний диаметр составляет около 2 707 километров, что делает его крупнее карликовой планеты Плутон (средний диаметр около 2 377 километров).
Карликовая планета в плену
Одна из самых интригующих особенностей Тритона — его ретроградная орбита. В отличие от большинства крупных спутников, он вращается вокруг Нептуна в направлении, противоположном вращению планеты. Это необычное поведение, вместе с химическим составом поверхности, очень похожим на состав Плутона, привело ученых к выводу, что Тритон не сформировался вместе с Нептуном, а был "похищен" ледяным гигантом в процессе эволюции Солнечной системы.
Изначально Тритон, вероятно, был одной из крупнейших карликовых планет пояса Койпера — области за орбитой Нептуна, где находятся многочисленные ледяные тела, включая Плутон. Однако какое-то событие вкупе с гравитационным взаимодействием с Нептуном изменило его судьбу, превратив некогда независимое небесное тело в спутник.
Уникальная поверхность
Поверхность Тритона представляет собой удивительный ледяной мир со средней температурой -235 градусов Цельсия. Она состоит преимущественно из азотного льда с вкраплениями водяного и сухого (углекислого) льда. Наиболее загадочной особенностью является так называемый "ландшафт канталупы" или "земля дыни" — область, покрытая множеством тесно расположенных впадин, которая напоминает кожуру дыни.
Несмотря на экстремально низкие температуры, Тритон удивительно динамичный объект. На его поверхности обнаружены следы криовулканической активности — извержений жидкого азота и водно-аммиачной смеси. Космический аппарат NASA "Вояджер-2", максимально сблизившийся с Тритоном 25 августа 1989 года, зафиксировал гейзеры, выбрасывающие смесь из азота и темных частиц на высоту до восьми километров. Эти извержения постоянно обновляют поверхность спутника, делая его одним из самых геологически активных тел во внешней Солнечной системе.
Атмосфера в глубоком холоде
Удивительно, но даже при таких низких температурах Тритон обладает атмосферой (хотя и чрезвычайно разреженной), состоящей на 99,9% из азота с примесями метана и угарного газа.
На высоте от одного до трех километров над поверхностью формируются азотные облака, протяженность которых может достигать 100 километров. Атмосферное давление на поверхности составляет всего около 14 микробар — в 70 000 раз меньше земного.
Будущие исследования
После пролета "Вояджера-2" новых космических миссий к Тритону не было. Однако ученые разрабатывают планы будущих исследований этого манящего мира. Особый интерес представляет возможность существования подповерхностного океана, который, благодаря приливному нагреву* со стороны Нептуна, может оставаться жидким несмотря на запредельно низкую температуру поверхности.
*Тритон, вращаясь вокруг Нептуна, постоянно сжимается и растягивается, что делает его ядро достаточно горячими.
2 марта 1972 года и 6 апреля 1973 состоялись запуски космических аппаратов NASA "Пионер-10" и "Пионер-11" соответственно. Эти зонды стали первыми в истории аппаратами, которые не только преодолели пояс астероидов, но и посетили планеты-гиганты нашей Солнечной системы — Юпитер и Сатурн.
Организуя столь сложную миссию, NASA, конечно, рассматривало вероятность того, что что-то пойдет не по плану. Но то, что случилось с "Пионером-10" и "Пионером-11" стало странной и очень интригующей загадкой.
На расстоянии около 20 астрономических единиц (а.е.) от Солнца (одна а.е. равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем — примерно 150 миллионов километров) с зондами начало происходить нечто странное — они демонстрировали необъяснимое торможение, словно что-то тянуло их назад к звезде.
И хотя "Пионеры" уверенно продолжали свой путь к границам Солнечной системы, игнорировать загадочную силу, которая как будто тянула их обратно к нашему светилу, было невозможно. Совпадение расстояния, на котором начала проявляться аномалия у обоих аппаратов, заставило физиков предположить, что, возможно, с нашим пониманием гравитации что-то не так.
Согласно закону обратных квадратов Ньютона, сила притяжения между телами пропорциональна их массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния между ними. Проще говоря, чем дальше объект удаляется от Солнца, тем слабее должно быть его гравитационное влияние. Однако данные с "Пионеров" словно противоречили этому фундаментальному закону физики.
Некоторые ученые начали рассматривать возможность того, что странное поведение "Пионеров" указывает на необходимость пересмотра существующих физических теорий. Однако тот факт, что последующие космические аппараты не сталкивались с подобной аномалией, намекал на то, что разгадку стоит искать в другом направлении.
Спустя десятилетия команда исследователей, восстановив и проанализировав данные допплерографии и телеметрии, нашла гораздо более прозаичное объяснение. Причина крылась в особенностях конструкции самих аппаратов.
"Пионеры" были стабилизированы вращением*, их большие антенны всегда указывали на Землю. РИТЭГи (радиоизотопные термоэлектрические генераторы) — источники питания аппаратов — излучали тепло на заднюю сторону антенн. Антенны отражали и переизлучали это тепло в направлении движения корабля. Кроме того, нагретый приборный отсек располагался в передней части аппарата, что приводило к еще большему излучению тепла в том же направлении.
*Стабилизация вращением — это метод, который используется для поддержания ориентации космических аппаратов в пространстве без использования активных систем управления ориентацией, таких как двигатели или маховики.
Создаваемое фотонами давление (тот же принцип, что используется в солнечных парусах) действовало против движения, вызывая крошечное, но измеримое торможение — ту самую "аномалию Пионеров".
Стоит отметить, что аномальное торможение зондов на самом деле началось гораздо раньше и нарастало постепенно по мере их удаления от Солнца. На расстоянии около 20 а.е. эффект стал достаточно заметным, чтобы его уверенно зафиксировали приборы.
История "аномалии Пионеров" служит прекрасным примером того, как важны тщательный анализ данных и проверка всех возможных объяснений, прежде чем делать выводы о необходимости пересмотра фундаментальных законов физики. Восстановление и детальное изучение данных позволило разгадать эту космическую загадку, еще раз подтвердив надежность существующих физических теорий.
P.S. Зонды продолжают свое путешествие к границам Солнечной системы. "Пионер-10" находится на расстоянии около 20 миллиардов километров от Земли и движется в направлении звезды Альдебаран, удаленной примерно на 65 световых лет от нас. Последний слабый сигнал от "Пионера-10" был получен 23 января 2003 года. С тех пор связь с ним потеряна, скорее всего, из-за истощения энергии радиоизотопного генератора.
"Пионер-11" сейчас находится на расстоянии около 16 миллиардов километров от Земли и летит в направлении созвездия Щита. Последний раз с ним удалось связаться 30 сентября 1995 года. Официально "Пионер-11" функционально "умер" из-за недостатка энергии, но, как и его "брат", зонд продолжает путешествие.
Зонд был запущен 5 ноября 2013 года, а его выход на орбиту вокруг Красной планеты был осуществлен 24 сентября 2014 года. В апреле 2022 года связь с "Мангальяном" пропала, и после безуспешных попыток ее восстановления в октябре 2022 года Индийская организация космических исследований объявила о завершении миссии.
Протон — одна из самых стабильных частиц во Вселенной. Эти фундаментальные кирпичики мироздания настолько долговечны, что их теоретическое время жизни превышает возраст самой Вселенной.
Все видимое вещество, от кончика вашего носа до самых далеких галактик, построено из протонов, которые вместе с нейтронами образуют ядра атомов, окруженные электронами. За всю историю наблюдений ученые ни разу не зафиксировали самопроизвольный распад протона — настолько он стабилен.
Но действительно ли он вечен?
Сомнения в абсолютной стабильности протона породили одну из самых интригующих гипотез современной физики — идею о его возможном самопроизвольном распаде. Если этот краеугольный камень мироздания способен спонтанно распадаться, пусть даже через умопомрачительные 10^35 лет (единица и 35 нулей!), то это перевернет наши представления о фундаментальных законах природы. Ведь согласно Стандартной модели физики элементарных частиц — нашей лучшей на сегодня теории устройства микромира — протон считается абсолютно стабильной частицей, поскольку в этой теории строго выполняется закон сохранения барионного числа. Самопроизвольный распад* отдельного протона как раз и означал бы нарушение барионного числа.
*Распады протона во взаимодействиях, где рождаются другие барионы (семейство элементарных частиц), не нарушают этот закон сохранения.
Но как зафиксировать столь редкое событие?
Ученые строят гигантские подземные детекторы, заполненные тысячами тонн сверхчистой воды. В этих резервуарах триллионы триллионов протонов терпеливо ждут своего звездного часа. Сверхчувствительные датчики непрерывно следят за водой в надежде заметить вспышку света — потенциальные следы распада протона. Пока безуспешно, но поиски продолжаются с неослабевающим упорством.
Теории Великого объединения, стремящиеся объединить все фундаментальные взаимодействия в единую силу, предсказывают неизбежность распада протона. Более того, обнаружение распада протона могло бы пролить свет на одну из главных загадок космологии — почему во Вселенной так много вещества и так мало антивещества (барионная асимметрия Вселенной). Возможно, эта асимметрия возникла на заре существования космоса именно из-за разницы в распадах протонов и антипротонов.
Поэтому физики с таким упорством продолжают искать следы распада протона, несмотря на исчезающе малую вероятность этого события. Цена такого открытия неизмерима — оно откроет новую главу в понимании фундаментальных законов природы и прольет свет на тайны происхождения самой Вселенной.
Протон может оказаться не таким вечным, как мы думали, но разгадка его секретов сулит бессмертие для человеческого знания о Вселенной.
В 1963 году, когда черные дыры считались лишь математической абстракцией, 29-летний математик из Новой Зеландии Рой Патрик Керр совершил прорыв, который поразил научное сообщество. Он нашел точное решение уравнений Эйнштейна для вращающейся черной дыры, решив задачу, над которой безуспешно бились лучшие умы физики почти полвека.
Седовласые ученые были ошеломлены элегантностью его решения. Они проверяли и перепроверяли расчеты молодого математика, но не могли найти в них ошибки.
Выводы, следующие из этих расчетов, казались фантастикой.
Вихрь пространства-времени
Керр доказал математически, что при коллапсе массивной вращающейся звезды возникает структура, принципиально отличная от статической черной дыры. Вместо точечной сингулярности в центре образуется сингулярность в форме кольца.
Вращение черной дыры закручивает само пространство-время вокруг себя, как гигантский космический водоворот. Вблизи такого объекта ничто не может оставаться неподвижным – сама ткань реальности увлекается в это вращение.
Но самым удивительным оказалось то, что кольцеобразная сингулярность теоретически может быть... тоннелем в другую вселенную.
Портал между мирами?
По расчетам Керра, если гипотетический космический путешественник сумеет пролететь через центр этого кольца на достаточно высокой скорости, то он сможет избежать разрушительного воздействия чудовищных приливных сил.
И вместо неминуемой гибели, ожидающей в центре обычной черной дыры, смельчак мог бы вынырнуть где-то в совершенно другой области космоса – или даже в другой вселенной.
Как к таким выводам отнеслись коллеги Керра? Они были, мягко говоря, раздражены. Ученые годами "потрошили" решения новозеландского гения, надеясь найти ошибки и избавиться от того, что не укладывалось в их головах. Однако последующие проверки лишь подтверждали математическую безупречность модели.
От теории к реальности
Сегодня мы знаем, что черные дыры действительно существуют. Астрономы изучают их по косвенным признакам: аккреционные диски (те самые "кольца", которые описывал Керр), интенсивное излучение от падающей материи, гравитационные волны от их слияний и влияние на орбитальное поведение и даже форму близлежащих звезд.
В 2019 году проект Event Horizon Telescope получил первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M 87, а годом позже ученые получили Нобелевскую премию за исследования этих загадочных объектов.
Но вопрос "работают" ли черные дыры как порталы в другие вселенные, остается открытым. Математика допускает такую возможность, но проверить теорию экспериментально пока невозможно.
Космический тоннель, ведущий в один конец
Даже если Керр был прав, путешествие через черную дыру было бы предприятием с крайне низкими шансами на успех. Представьте: вы разгоняетесь почти до скорости света, пересекаете горизонт событий, где пространство и время искажаются до неузнаваемости, выдерживаете колоссальные приливные силы, способные растянуть ваше тело в атомную нить и... если вам каким-то чудом удастся пролететь через кольцеобразную сингулярность, то где вы окажетесь? В другой части нашей Вселенной? В параллельном мире с иными физическими законами? Куда бы вы ни попали, это будет путешествие в один конец.
Современная квантовая механика предполагает, что реальные черные дыры могут быть даже сложнее, чем предсказывает модель Керра. Квантовые эффекты, вероятно, трансформируют сингулярность во что-то еще более экзотическое.
Так что пока путешествия через черные дыры остаются уделом научной фантастики, но эта идея является научно обоснованной! Так что, возможно, через миллионы лет наши очень далекие потомки не только смогут "обуздать" черные дыры, но и составят целую карту мироздания, зная, куда какой "тоннель Керра" ведет.
Перед вами спиральная галактика M 77 в созвездии Кита. Это один из ярчайших представителей галактик Сейферта — особого класса галактик с необычайно активными ядрами.
В "сердце" M 77 находится сверхмассивная черная дыра массой около 15 миллионов солнечных масс. Окружающий ее газопылевой аккреционный диск, разогретый до миллионов градусов и вращающийся на околосветовых скоростях, создает мощное излучение, делая ядро галактики исключительно ярким.
Диаметр этого космического гиганта составляет около 100 000 световых лет, что сопоставимо с размерами нашего Млечного Пути. Находясь на расстоянии около 47 миллионов световых лет от Земли, M 77 является одной из самых хорошо изученных активных галактик благодаря своей относительной близости и яркости.
На этом снимке от космического телескопа NASA/ESA "Хаббл" прекрасно видна спиральная структура галактики с характерным золотистым ядром и синими областями активного звездообразования в спиральных рукавах.
Сегодня сутки на Земле, смена которых обеспечивается оборотом планеты вокруг своей оси, длятся 24 часа (23 часа 56 минут и 4 секунды, если быть точнее). Но так было не всегда. В ходе уникальных исследований ученые выяснили: в далеком прошлом продолжительность суток на нашей планете была короче современных почти на четверть.
Роль удивительных хранителей времени досталась... кораллам. При росте эти морские животные формируют известковый скелет, в котором образуются тончайшие годовые кольца, похожие на кольца деревьев. Но самое интересное, что в скелете кораллов образуются не только годовые, но и суточные кольца роста. В современных кораллах за год образуется 365 суточных колец, но когда ученые исследовали ископаемые кораллы возрастом около 400 миллионов лет, они обнаружили нечто поразительное — за один годовой цикл формировалось в среднем 390 суточных колец! Это открытие стало первым прямым доказательством того, что в древности сутки на Земле были короче. Но кораллы оказались не единственными свидетелями изменения скорости вращения нашей планеты.
Лунный дирижер времени
Ключевую роль в истории земных суток сыграла Луна. Гравитационное притяжение нашего спутника вызывает приливы и отливы на Земле. Это постоянное движение водных масс создает приливное трение, которое постепенно замедляет вращение планеты. В результате такого взаимодействия Луна получает дополнительный импульс и медленно удаляется от Земли примерно на 3,8 сантиметра в год.
И именно благодаря этому древнему танцу Земли и Луны ученые получили еще одно удивительное свидетельство изменения продолжительности земных суток. На дне древних морей* сохранились уникальные слоистые отложения. Ритмичное чередование приливов и отливов создавало в осадочных породах последовательные слои — своеобразные отметки времени в каменной летописи Земли. Изучая количество приливных слоев в годовых отложениях и зная законы небесной механики, ученые смогли определить, как менялась продолжительность суток на разных этапах истории нашей планеты.
*Речь идет о морях, существовавших на Земле сотни миллионов лет назад, когда материки имели совсем другие очертания, а в водах только начинала зарождаться сложная жизнь.
Молекулярные часы в горных породах
В 2019 году ученые обнаружили, что приливные силы вызывают тончайшие изменения в структуре некоторых минералов. Эти едва уловимые перестройки на молекулярном уровне сохраняются в кристаллах как своеобразные "отпечатки времени", которые можно расшифровать с помощью современных технологий. Такой метод не только подтвердил результаты предыдущих исследований, но и позволил получить более точные данные о продолжительности суток в различные геологические эпохи.
Благодаря этим разнообразным методам исследований ученые установили, что:
1,4 миллиарда лет назад земные сутки длились всего около 18 часов;
620 миллионов лет назад сутки длились примерно 21,9 часа;
400 миллионов лет назад сутки длились около 22,7 часа;
70 миллионов лет назад, во времена динозавров, продолжительность суток составляла уже примерно 23,5 часа.
Взгляд в прошлое и будущее
Анализ изменений продолжительности суток позволил ученым не только реконструировать историю Земли, но и лучше понять множество важных процессов: от эволюции климата до формирования магнитного поля. Эти исследования показывают, насколько тесно связаны все компоненты нашей планеты — от движения небесных тел до микроскопических изменений в кристаллах минералов.
Более того, даже сейчас, в наши дни, процесс замедления вращения Земли продолжается. Каждое столетие продолжительность суток увеличивается примерно на 1,8 миллисекунды. И хотя это изменение настолько мало, что мы его не замечаем в повседневной жизни, сверхточные атомные часы способны уловить этот неумолимый ритм трансформации нашей планеты.
Земля — это динамическая система, находящаяся в постоянном развитии. Каждое мгновение в недрах планеты, в океанах и атмосфере происходят сложнейшие процессы, меняющие облик нашего мира. И чем глубже мы погружаемся в изучение прошлого Земли, тем яснее осознаем, насколько удивителен и хрупок этот голубой шар, который мы называем своим домом.
