Черная дыра, пожалуй, самый экзотический из всех астрономических объектов. Невидимый капкан на космических путях! Нечто крошечное, но могущественное! Сверхсила, сверхплотность, предел достижений природы, неодолимо привлекающий внимание исследователей. Да и писателю-фантасту трудно нынче обойтись без черной дыры...
О скорости 11,2 км/с знает каждый. Ее необходимо развить, чтобы улететь из поля земного тяготения. А вот чтобы оторваться от черной дыры, необходима скорость света — 300 тыс. км/с. Поскольку это предел скоростей в нашем мире, ничто не может покинуть черную дыру. И она не способна светиться, издалека не видна. А вблизи — черный кружочек на черном небе...
Черные дыры действительно очень малы по космическим масштабам. Теоретически черной дырой может стать любое тело, нужно только утрамбовать его как следует. Земля наша сделалась бы черной дырой, если бы ее спрессовали в шарик радиусом чуть меньше сантиметра; Солнце станет черной дырой, если сжать его до размеров большой горы (точнее, шара радиусом 3 км). Плотность такого «сколлапсировавшего» Солнца составила бы 2•1016 г/см3, как у атомных ядер. А у Земли еще больше — 2 • 1027 г/см3!
Давайте не будем пытаться вообразить себе эти чудовищные величины — все равно не получится. Обратим лучше внимание на то, что плотность «солнечной» черной дыры приблизительно в 100 миллиардов, раз меньше плотности дыры «земной». А масса Солнца, как известно, примерно в 300 тыс. раз превосходит земную.
Такой вот получается парадокс — чем больше масса, тем меньше плотность! И действительно, плотность черной дыры обратно пропорциональна квадрату ее массы. Стало быть, эта плотность совсем не обязательно такая уж колоссальная. Например, если превратить в черную дыру всю нашу Галактику (для этого придется сжать ее в шар радиусом около 300 миллиардов километров), то ее плотность будет вполне скромной — раз в тысячу меньше, чем... у обычного воздуха. Не сверхплотность, а почти вакуум. Какой же будет она у еще более массивных объектов?
Построим график. Отложим на одной координатной оси скорость отрыва (она же вторая космическая) от данного небесного тела (она характеризует гравитационное поле на его поверхности), а на другой — его массу. Полученная диаграмма «масса — гравитация» изображена на прилагаемой иллюстрации.
+ Щелкните по рисунку, чтобы увеличить!
Нижняя горизонтальная прямая соответствует телам, у которых вторая космическая скорость равна скорости света. Как мы уже знаем, это черные дыры. Все остальные космические объекты (за немногими исключениями) ложатся на характерную зигзагообразную линию. Первый же взгляд на нее вызывает следующие недоуменные вопросы:
1. Почему все астероиды, луны, планеты и звезды ложатся практически на одну прямую?
2. Почему эта прямая обрывается на уровне звезд-сверхгигантов с массой около 50 солнечных?
3. Почему все звездные скопления (рассеянные и шаровые, а также галактики) тоже ложатся на одну прямую?
4. Почему есть заметный разрыв между галактиками-сверхгигантами и скоплениями галактик?
5. Куда следует продолжать зигзаг за пределами наблюдаемого — вверх или вниз, к линии черных дыр или же параллельно ей?
Проще всего ответить на первый вопрос. Прямые, пересекающие график наискось, — это линии равной плотности. Плотность всех небесных тел — от пылинок до звезд — примерно одинакова, около единицы. (Отклонения на один-два порядка в логарифмическом масштабе малозаметны.) Такова плотность атомов и такова плотность любых жидких и твердых тел, состоящих из атомов. Силы тяготения стремятся уплотнить, сдавить скопления атомов, но встречают сопротивление атомных оболочек. Таким образом, первый отрезок зигзага — это фронт атомного сопротивления тяготению.
Обращает на себя внимание обозначенный вопросительным знаком разрыв в этом фронте — отсутствие небесных тел между планетами-гигантами типа Юпитера и красными карликами — наименее массивными из звезд. По всей вероятности, разрыв этот кажущийся. Просто эти гипотетические тела (в свое время я назвал их инфрами) не светятся совсем или светятся слишком слабо, чтобы их заметили телескопы...
Вопрос второй — о резком подъеме на диаграмме — тоже не вызывает споров, наукой уже прояснен. Острие звездного зуба — это место сражения двух гигантов: гравитации и ядерной энергии. В звезде вроде нашего Солнца силы равны, борцы застыли в схватке, застыли на миллиарды лет, ни один не может победить... Ничья. Но в более крупных звездах кто-то вырывает победу. Если берут верх ядерные силы, следует космический взрыв, звезда превращается в газовую туманность... Если же побеждает гравитация, светило сжимается и превращается в белый карлик — их облачко обозначено пониже звездного зуба — или же спадается в нейтронную звезду — удивительное небесное тело с массой Солнца, а размером с небольшой астероид. Нейтронная звезда — это почти черная дыра, ей осталось лишь чуть-чуть до предельной линии.
Но если даже гравитация и разбита на звездном зубе, она все-таки не сдается. Терпеливо и медлительно собирает она газ, пыль и обломки, вновь образуя звезды (кстати, наше Солнце — звезда второго поколения, его вещество когда-то прошло сквозь ядерное горнило). Из обновленного материала гравитация формирует целые группы звезд. Немногочисленные легко расползаются — их взаимное притяжение слишком невелико. Но чем больше воинство, тем оно крепче. Начинается новый отрезок зигзага — участок звездных систем: шаровых скоплений и галактик.
Но почему все-таки они ложатся на одну и ту же прямую, почему у всех плотность порядка 10—24—10—22, никак не более 10—20 г/см3? Ведь между звездами в скоплениях и галактиках межзвездная пустота, препятствий для сближения никаких. Силы тяготения весьма основательны, не позволяют звездам разбегаться. Разбежаться не могут, но и не сближаются почему-то.
В солнечной системе равновесие поддерживается движением по орбитам. Но многие галактики и шаровые скопления вообще не вращаются, ядра других вращаются как твердые тела.
График подсказывает аналогию. Ведь первый падающий участок получился потому, что атомные ядра не могут сблизиться, потому что они окружены отрицательно заряженными оболочками, а одноименные заряды, как известно, отталкиваются друг от друга. А что, если и у звезд есть какие-то оболочки, не позволяющие им сходиться вплотную? Конечно, это лишь полуфантастическая гипотеза, доказательств нет никаких.
Что можно сказать об этих предполагаемых оболочках? Они прозрачны для света, идеально прозрачны. Радиус их около светового года, они в тысячи раз больше нашей планетной системы. Предполагается, что некоторые кометы приходят именно с таких расстояний. В нашем районе Галактики звезды движутся свободно, как молекулы газа, их оболочки не соприкасаются. Впрочем, время от времени возможны и столкновения оболочек, примерно раз в миллион лет. Но оболочки достаточно прочны, чтобы выдерживать напор встречной звезды, движущейся со скоростью порядка 200 км/с. А раз так, наше Солнце навсегда застраховано от столкновения с другими звездами...
Если же никаких оболочек нет, вопрос остается: какие силы удерживают звездные системы от сжатия?
Переходим к следующему вопросу по диаграмме. Участок звездных скоплений тоже ограничен, обрывается довольно резко. Нет галактик с массой больше 1012—1013 солнечных. Подобно звездам-сверхгигантам, неустойчивым, взрывчатым, галактики-сверхгиганты тоже склонны к взрывам. Взрывы эти грандиозны и медлительны; вернее, кажутся нам медлительными из-за огромности галактик. Но почему же взрываются эти громадины? Может быть, виноваты те самые звездные оболочки — в конце концов они лопаются, начинаются массовые столкновения и взрывы звезд. Для полного распада галактики нужно взорвать «всего-навсего» сотню-другую миллионов звезд одновременно...
А после разрыва графика начинается отрезок галактических скоплений. Их плотность (около 10—26) не так уж сильно отличается от внутригалактической. Оно и понятно: в отличие от звезд (один мяч в Москве, другой на Дальнем Востоке) галактики расставлены густо: две-три тарелки на обеденном столе. А вся наблюдаемая вселенная (метагалактика) имеет плотность порядка 10—30 или 10—31 г/см3. Эта величина (как и размеры метагалактики) не определена с достаточной точностью.
Далеко ли простирается вселенная — такой вопрос стоит перед астрономией. Современные телескопы заглядывают уже дальше чем на 10 миллиардов световых лет.
И в каком направлении продолжать зигзаг нашего графика? Как видим, он подошел уже почти вплотную к зловещей линии черных дыр (или гравитационных могил, как их иногда называют).
Если кривая продолжается наклонно вниз, то есть если плотность метагалактики, включая еще не исследованную ее часть, близка к 10—30 г/см3, зигзаг вскоре упрется в черную черту. Это означает, что вселенная, в которой мы живем, есть самая настоящая черная дыра.
Быть такого не может, скажут многие. Не может быть никогда.
Давайте разберемся внимательней. Радиус нашей вселенной (метагалактики) согласно современным взглядам не может быть бесконечным. (Речь идет именно о метагалактике, не о всем мироздании.) Считается, что она родилась 15—20 миллиардов лет назад, в так называемом Большом Взрыве, и с тех пор расширяется (разумеется, не быстрее, чем летит световой луч); стало быть радиус ее не больше 15—20 миллиардов световых лет. Но бесконечен радиус, и масса не бесконечна.
И наш зигзаг неизбежно обрывается где-то совсем рядом с последней точкой диаграммы. В любом случае — в опасной близости от роковой черты. Утешает одно: поскольку наша вселенная расширяется, эта предельная точка постепенно поднимается вертикально вверх, прочь от зловещей черной линии. Плотность вселенной уменьшается, а ее масса остается постоянной. Но...
Но, значит, раньше вселенная была гораздо плотнее!
Чтобы заглянуть в прошлое, нужно опустить перпендикуляр вниз, до пересечения с черной чертой. Было это при плотности около 10—24 г/см3, то есть галактической, когда радиус вселенной составлял около 100 миллионов световых лет, а возраст — примерно 100 миллионов лет обычных. Так сказать, на заре вселенской юности, задолго до образования Земли и даже Солнца.
Разумеется, эти цифры не могут быть точными, но, так или иначе, какое-то время назад наша вселенная находилась в черной дыре.
Как же она оттуда вырвалась? Ведь не могла же она расширяться со скоростью выше световой; физика запрещает нам этакую вольность.
Единственный ответ, который приходит в голову, таков: вселенная никуда и не вырывалась. Была в черной дыре, да так там и осталась. Благополучно живет и даже растет, расширяется в этой самой дыре.
Как же она может расширяться?
В начале статьи говорилось о размерах и плотностях черных дыр разных масс. Обычные небесные тела гораздо больше соответствующих черных дыр. Но это правило не распространяется на вселенские массы. Когда наша метагалактика только-только родилась (в момент Большого Взрыва), ее размеры заведомо были гораздо меньше размеров уготованной ей черной дыры, а плотность, естественно, больше. Вот она и расширяется, постепенно заполняя границы, отведенные природой...
В заголовок статьи вынесен вопрос — есть ли жизнь в черной дыре? Зависит от того, какого она размера. У дыры с массой метагалактики хватает простора и для галактик, и для солнц, и для планет. Для океана и суши, лесов и полей, сел и городов, для научных институтов и астрономических обсерваторий. Даже дырой некультурно называть этакий простор со своим звездным внутренним небом. Не дыра, а объем, пространство, космос.
И никаких препятствий для жизни.
Итак, у нас получилось, что все планеты, звезды и галактики замыкаются в громадном шаре, самонадеянно названном вселенная. Жадность ума требует поставить следующий вопрос: что за пределами шара?
Согласно сложившейся иерархии названий то — запредельное — следует назвать метавселенной.
Никаких сведений о ней пока нет, но вместе с тем нет и никаких оснований объявлять нашу вселенную единственной, неповторимой. В метавселенной, вероятно, есть и другие черные дыры самых различных размеров: от маленьких и сверхплотных до гигантских, сверхразреженных. Этакое скопище пузырей. И каждый тащит к себе все, до чего может дотянуться, жадно глотает все, что притягивает, обратно не выпускает ничего, даже световых лучей...
Как же узнать о существовании тех черных миров? Мы знаем, однако, что в нашей вселенной есть межпланетный газ, межзвездный, межгалактический... Нет ли и межвселенского газа в метавселенной? Проникнув к нам, его атомы мчались бы со скоростью света, воспринимались бы как лучи, но энергии невероятной.
И тут вспоминаются космические лучи, энергия отдельных частиц которых достигает чудовищных величин и происхождение которых окончательно не установлено. Вдруг они летят из-за пределов нашей вселенной?
И знаменитый Тунгусский метеорит невольно приходит в голову. То ли метеорит, то ли комета, то ли космический корабль. Пожалуй, пылинка, прилетевшая из-за пределов вселенной, могла бы наделать этот переполох.
...Существовало слово «вселенная», означало весь бесконечный мир, ВСЕ. Но теперь упорно называют вселенной нечто огромное, но конечное, замкнутое. Да, оно конечно, да, оно замкнуто. Но оно далеко не ВСЕ!!!
Впереди бесконечное поле для исследований, открытий, находок. Какая от них польза? Гадать рано.
Главное: впереди простор!
ГЕОРГИИ ГУРЕВИЧ, писатель-фантаст
PRETICH.ru
***