Заметили происходящее не только репортеры. Достижения Хокинга привлекли внимание научной элиты. В марте 1974 года, через несколько недель после объявления об открытии излучения Хокинга, он получил одну из величайших наград в карьере любого ученого. Стивен Хокинг в нежном возрасте тридцати двух лет удостоился чести быть приглашенным в Королевское научное общество – более того, он стал одним из самых молодых его членов за всю историю.
Церемония прошла в Лондоне, в штаб-квартире Королевского научного общества в доме № 6 по Карлтон-хаус-террас – особняке с белой колоннадой, выходящем на Сент-Джеймс-парк в Вест-Энде. По традиции новые члены общества выходят на сцену большого конференц-зала – главной комнаты здания – расписываются в почетной книге членов и пожимают руку председателю Общества. Однако в случае Хокинга тогдашний председатель, нобелевский лауреат, биофизик сэр Алан Ходжкин, поднес книгу членов Хокингу, сидевшему в первом ряду. Тот выводил свою фамилию рядом с подписями тех, кто прошел ту же церемонию до него, целую вечность – медленно, с трудом, букву за буквой. Пока он писал, в зале царило молчание. Когда он поставил точку и Ходжкин поднял книгу у него с колен, раздался гром аплодисментов.
Местная газета «Cambridge Evening News» опубликовала отчет о великом событии в тот же день, а после лондонской церемонии на кафедре прикладной математики и теоретической физики устроили пышный прием. Праздновать великое достижение пригласили всех – друзей, родных, коллег. Деннис Сиама, бывший научный руководитель Хокинга и один из старейших гостей, предложил тост за своего самого преуспевающего студента, воздал должное его заслугам и поднял бокал за будущие успехи. Друзья и родные присоединились к пожеланиям Сиамы, а Хокинг между тем смотрел на собравшихся и думал, что и правда многого достиг, но это только начало. Он всегда считал посвящение в члены Королевского общества моментом наивысшей славы в своей карьере, но карьерная лестница тянулась высоко, и предстояло преодолеть еще много ступеней. И несмотря на трудности – а может быть, и благодаря им, как думают многие близкие Хокинга, – он будет по ней взбираться. А куда не дойдут ноги, воспарит мысль.
Глава 9
Когда черные дыры взрываются
В 1970 году, как мы уже упоминали в главе 7, Хокинг переключился с изучения происходящего в недрах черной дыры – в сингулярности – на события на горизонте, окружающем черную дыру, на ее, так сказать, «поверхности». Главное различие этих исследований от изучения сингулярностей состоит в том, что когда теория предсказывает ход событий в сингулярности, проверить это экспериментально – заглянув в сингулярность – невозможно, поскольку все сингулярности спрятаны внутри черных дыр (разумеется, кроме сингулярности Большого Взрыва в начале времен, которую Хокингу еще предстояло изучить). А когда применяешь теорию, чтобы предсказать, что делается на поверхности черной дыры, на горизонте, даже самые диковинные события как-то сказываются на внешней Вселенной, и эти эффекты иногда можно зарегистрировать при помощи инструментов на Земле или на орбитальных спутниках.
Именно спутниковые инструменты примерно в описываемое время и зарегистрировали первого кандидата на роль черной дыры в нашей галактике Млечный Путь. Параллельно с великими астрономическими открытиями 1960-х годов, которые были сделаны благодаря исследованию радиоволновой части спектра, с длинами волн больше световых, в 1970-е стали поступать интереснейшие новые данные исследований рентгеновского диапазона с длинами волн значительно короче световых. Однако рентгеновские лучи из космоса, в отличие от радиоволн, частично рассеиваются земной атмосферой и не доходят до Земли (большая удача, иначе мы все поджарились бы). Поэтому рентгеновская астрономия как отрасль науки сформировалась только после того, как соответствующие датчики вывели на орбиту. Беспилотные спутники в очередной раз перевернули представления астрономов о Вселенной и показали, что там идут куда более напряженные и энергичные процессы, чем мы думали. И отчасти эти процессы связаны с черными дырами.
Вот как все происходит. Изолированную черную дыру можно заметить только благодаря гравитации, если увидеть, как искривляется пространство в ее окрестностях. Она же недаром черная. Но черная дыра в системе двойной звезды, вращающаяся вокруг обычной звезды, становится более чем заметной. Ее гравитация захватывает вещество звезды-компаньона и втягивает его в черную дыру, которая его поглощает. В процессе формируется вращающийся аккреционный диск – будто вода воронкой уходит в слив ванны – и когда гравитационная энергия преобразуется в энергию движения, накапливающийся газ разогревается. Причем разогревается настолько, что, как показывают расчеты, начинает испускать рентгеновские лучи.
Но с какой вероятностью черная дыра окажется на орбите звезды-компаньона? На самом деле двойные звезды совсем не редкость: вероятно, довольно близкий звездный компаньон есть у большинства звезд, и в этом отношении наше Солнце исключение. Кроме того двойные звезды легко найти, поскольку из-за взаимного притяжения звезды ерзают на месте, и их регулярные колебания видны в земные телескопы. Кроме того орбитальная переменность многое говорит о массах звезд и служит главным признаком кандидата на роль черной дыры.
Однако искатели черных дыр сталкиваются с тем, что недостаточно просто определить источник рентгеновских лучей в бинарной системе. И белые карлики, и нейтронные звезды тоже достаточно компактны и обладают довольно сильной гравитацией, которой хватает на то, чтобы отрывать вещество компаньона и притягивать к себе, что создает раскаленные участки, излучающие в рентгеновском диапазоне.
Несколько первых двойных рентгеновских источников и в самом деле можно было отождествить как белые карлики, поскольку орбитальная переменность показала, что их масса значительно меньше полутора масс Солнца, так что волноваться не о чем. Однако первые исследования рентгеновского излучения в начале 1970-х выявили четыре весьма вероятных кандидата на роль черных дыр. Первое исследование показало, что все они были рентгеновскими источниками в бинарных системах – маленькими, энергичными, компактными объектами, которые вращаются вокруг нормальных звезд. Дальнейшие, более подробные исследования позволили исключить три кандидатуры. У одного объекта масса была в 2,5 раза больше солнечной, и он, скорее всего, должен был оказаться нейтронной звездой. У другого масса составляла три солнечных – многовато для нейтронной звезды, но все же мало для черной дыры. У третьего масса была всего две солнечных. Зато масса четвертого, по оценкам, составляла восемь-десять солнечных.
Называется этот источник Лебедь X-1. Нужно очень постараться, чтобы придумать, что это такое, если не черная дыра. Например, некоторые астрономы предположили, что невидимый компаньон в этой бинарной системе состоит из двух звезд – тусклой и потому невидимой обычной звезды массой в шесть солнечных, которая, в свою очередь, вращается вокруг нейтронной звезды массой в две солнечных. Однако все подобные надуманные объяснения рушатся под натиском очень симпатичного аргумента, что самое лучшее объяснение обычно самое простое. Мы окончательно доказали бы, что в системе Лебедь Х-1 есть черная дыра, только если бы прилетели туда и посмотрели, однако накопленные за двадцать лет данные убедили большинство астрономов, что наши предположения правильны, и сегодня все согласны, что Лебедь Х-1 с вероятностью 95 % представляет собой первую открытую человеком черную дыру. Известно и несколько других многообещающих кандидатур, что подкрепляет нашу точку зрения: едва ли в нашей галактике есть всего одна черная дыра, которую мы можем зарегистрировать.
