Астрономы считают, что гамма-всплески – это визитная карточка свежеобразованных черных дыр
[218]. Тысячи изученных на данный момент событий делятся на две группы: длинные события с высокой светимостью – и короткие с низкой. Самые яркие всплески обусловлены коллапсом вращающегося ядра массивной звезды – обычно в 30 с лишним раз массивнее Солнца, – при котором формируется черная дыра. Вещество, находившееся возле ядра звезды, падает в черную дыру и закручивается в аккреционный диск. Падающий газ порождает парные джеты вдоль оси вращения, которые движутся со скоростью в 99,99 % световой и, пробив себе путь сквозь поверхность звезды, излучаются в гамма-диапазоне. Значительная часть гравитационной энергии высвобождается в форме нейтрино, а не фотонов (илл. 38). Более короткие всплески, как считается, вызваны слиянием двух нейтронных звезд или нейтронной звезды и черной дыры. В любом случае образуется одна черная дыра. Энергия слияния по большей части выделяется в форме гравитационного излучения, колебаний пространственно-временного континуума, которые распространяются вовне со скоростью света, согласно предсказанию общей теории относительности. Вещество, падающее в новоявленную черную дыру, образует аккреционный диск и дает выброс энергии.
Гиперновая звезда – еще более экстремальное событие, при котором формируется черная дыра. Она выделяет в сотни или тысячи раз больше энергии, чем нормально гибнущая массивная звезда во взрыве сверхновой. Рекордсменом стал взрыв, зафиксированный в 2016 г., он был в полтриллиона раз ярче Солнца
[219]. Представьте: свет, в 20 раз более яркий, чем свет всех звезд Млечного Пути, сконцентрирован на участке пространства 16 км. Этот взрыв стал самым мощным из зарегистрированных за все время с момента Большого взрыва – умопомрачительный факт, заставляющий усомниться в любой физической теории происхождения высвобожденной при этом энергии.
Подобные колоссальные взрывы вызывают неприятный вопрос: опасен ли звездный катаклизм для Земли? Иными словами, хотя нам не приходится бояться падения в черную дыру, не явится ли черная дыра к нам сама, чтобы поглотить нас? Хорошие новости: это редкие события, происходящие в каждой галактике примерно раз в миллион лет. Кроме того, излучение концентрируется в парных пучках, и взрывы ориентированы в пространстве случайным образом, так что 99,5 % из них проходят мимо нас. Это снижает среднюю повторяемость события до одного в 200 млн лет на галактику. Плохие новости: если мы случайно окажемся на «линии огня», а вспышка произойдет в пределах нескольких тысяч световых лет, Земля и ее биосфера получат удар высокоэнергетического излучения. Гамма-лучи на 75 % уничтожат озоновый слой, резко подскочит число мутаций. Трудно оценить общее воздействие на экосистему, но, по мнению одной группы ученых, позднеордовикское массовое вымирание, случившееся 450 млн лет назад, было вызвано гамма-всплеском
[220]. Данные о вымирании согласуются с разрушением озонового слоя и гибелью наземных биологических видов, однако астрономы не смогли бы обнаружить следы настолько древнего взрыва, поскольку от него осталась лишь черная дыра.
Имеется еще более впечатляющее свидетельство менее разрушительного события, свершившегося уже в историческую эпоху. В 774 г. мир Запада представлял собой лоскутное одеяло из мелких воюющих государств. Карл Великий укреплял королевство, завоевывая Тоскану и Корсику, а в Японии, где буддизм быстро становился государственной религией, императрица Кокэн приказала изготовить миллион свитков со священными текстами – это одни из самых старых печатных трудов в мире. Углеродное датирование показывает, что в деревьях, из которых делали бумагу для этих свитков, замечен резкий рост соотношения углерода-14 к углероду-12.
Этот пик роста – самый веский довод в пользу того, что около 1250 лет назад Землю облучило гамма-всплеском. Углерод-14 радиоактивен и распадается с образованием азота. То, что он вообще существует, объясняется космическими лучами, высокоэнергетическими частицами из космоса, сталкивающимися с азотом в атмосфере. Этот процесс поддерживает постоянный низкий уровень углерода-14, но наблюдающееся в свитках резкое десятикратное увеличение должно иметь дополнительную внешнюю причину. Вторым доказательством служит рост содержания углерода-14 в древесине деревьев Европы и Америки, хотя дату установить сложнее. Третье свидетельство – небольшой скачок радиоактивного бериллия-10 примерно в то же время
[221]. Бериллий-10 образуется при попадании высокоэнергетических частиц на открытую поверхность, его концентрация используется для датирования продвижения ледников, лавовых потоков и других геологических событий в каменных породах возрастом до 30 млн лет. Ничто из этого не объясняется вспышкой на Солнце. Для объяснений не подходит и сверхновая, поскольку любая настолько близкая сверхновая была бы видна в дневное время, но записи об этом отсутствуют в средневековых рукописях. Остается только гамма-всплеск
[222]. С расстояния около 5000 световых лет он выбросил бы в земную атмосферу 200 мегатонн энергии гамма-излучения. Послесвечение длилось лишь несколько дней, и, хотя его было видно невооруженным глазом, похоже, этого никто не заметил и не потрудился упомянуть в летописях.
Между тем астрономы положили глаз на массивную звезду WR104, что в 8000 световых годах от нас: вероятно, в ближайшие несколько сотен тысяч лет она погибнет в жестоком коллапсе ядра. Мы не можем определить ее ориентацию в пространстве, и остается надеяться, что, когда это случится, один из мощных джетов не будет направлен на нас. Время астрономических событий вычисляется довольно грубо, так что особо уповать на отдаленность события не приходится. Оно может произойти гораздо раньше. Впрочем, пока у нас есть иные веские причины для тревог.
Поиск недостающих звеньев
Мы говорили о двух типах черных дыр. Одни формируются в результате гибели массивной звезды, которая, начав жизнь с массой, составляющей от 8 до 100 солнечных, оставляет после себя темный объект массой от 3 до 50 солнечных. Другие образуются в центре галактики и имеют массу от нескольких миллионов солнечных в неактивных спиральных галактиках – таких как Млечный Путь – до нескольких миллиардов в гигантских эллиптических галактиках наподобие М87. Остается огромный разрыв между массами – 510, от нескольких десятков до нескольких миллионов масс Солнца. Существуют ли черные дыры промежуточной массы?
