Размер имеет значение

Мы в этой книге говорим о вещах, которые трудно или попросту невозможно себе представить: об объектах невообразимо маленького размера – протонах, электронах, нейтронах – и об объектах и расстояниях столь же невообразимо огромных – галактиках, мегапарсеках, гиперновых вспышках.

Но все познается в сравнении. Поэтому данная главка будет специально посвящена сравнениям, дабы величие и удивительность вселенной предстали перед вашим внутренним взором во всем своем великолепии.

В нашей Солнечной системе самой большой планетой является Юпитер. Если диаметр Земли почти 13 тысяч километров, то диаметр Юпитера – 143 тысячи км. Две трети всей планетарной массы в Солнечной системе – это Юпитер. В нем могло бы поместиться 1300 таких планет, как Земля.

Диаметр Солнца составляет почти 1 400 000 км. Внутри Солнца могут поместиться миллионы таких планет, как Земля. Настоящий гигант! 99,8 % массы Солнечной системы сосредоточены в Солнце. А из 0,2 % оставшегося материала сделались планеты (причем 70 % планетарной массы, как мы уже знаем, пришлось на Юпитер).

Температура солнечной поверхности составляет примерно 6000 градусов по Цельсию, а внутри Солнца, где идут термоядерные реакции, температура достигает 20 миллионов градусов. Каждую секунду Солнце теряет 4 миллиона тонн своей массы, они улетают в виде излучения. Это и есть дефект массы от ежесекундного превращения 700 миллионов тонн водорода в 696 тонн гелия.

Сравнительные размеры некоторых звезд

Но мы помним, что Солнце относится к классу желтых карликов, что более чем прозрачно намекает на весьма скромные габариты нашей звездули. Бывают звезды в 10, 20, 30 раз тяжелее Солнца. Да, они все плохо кончают, как мы теперь знаем, но ведь и Солнышко наше не бессмертно, просто пыхнет оно не так эффектно в конце своего жизненного пути. Однако, с точки зрения пополнения звездного зоопарка, любопытно было бы поискать во вселенной самых больших «зверей».

Для начала давайте посмотрим рисунок. Там сравнительные величины разных звезд. Художнику пришлось сделать несколько рисунков в разных масштабах, в противном случае невозможно было бы нарисовать на странице или самый большой, или самый маленький объект.

Раньше астрономы полагали, что звезд тяжелее Солнца более чем в 150 раз быть не может. Однако не так уж давно в галактике Большое Магелланово Облако была найдена звезда, масса которой превышает солнечную в 265 раз! Своего названия у звезды нет, только некрасивый номер – R136a1. Причем по тому, как интенсивно звезда теряет массу, ученые установили, что при рождении она была аж в 320 раз тяжелее Солнца. Скорее всего такие гиганты получаются при слиянии нескольких близко расположенных звезд.

Яркость этого монстра почти в 9 миллионов раз превышает яркость Солнца. Если бы у нас стояла задача запустить вокруг этого чудовища Землю так, чтобы на ней была возможна жизнь, то орбита Земли была бы в 3000 раз дальше от R136a1, чем от Солнца. Но лучше бы вам этого не делать и поискать звезды поскромнее и поспокойнее, потому что R136a1 – будущая гиперновая и может лопнуть практически в любой момент. Просто счастье, что этот перегретый паровоз находится не в нашей галактике!

Однако во вселенной существуют и другие гигантские светящиеся объекты. Они настолько огромны и так ярки, что их даже звездами не называют. Они были открыты в середине прошлого века и названы квазарами.

Квазар сияет как целая галактика, то есть он один выделяет энергии как сотни миллиардов звезд! При этом размерами не превышает нашу Солнечную систему. То есть штука, конечно, достаточно крупная, больше любых самых крупных звезд, но все же достаточно компактная – по сравнению с размерами целой галактики, квазар просто крошка, песчинка, пылинка! И вот такая «пылинка» светит мощнее целой галактики, а то и нескольких, например, квазар S50014+81 излучает свет в 60 000 раз мощнее, чем весь Млечный Путь! Невероятно! Но факт…

Что представляют собой эти удивительные квазары, пока точно неизвестно. Ясно только, что это самые древние объекты нашего мира. Это ясно из того, что все открытые квазары находятся очень далеко, буквально «на краю вселенной». То есть свет от них к нам идет миллиарды лет, и мы сейчас видим квазары, какими они были миллиарды лет тому назад, то есть на заре вселенной (а возраст вселенной, кстати, 13,7 миллиарда лет). Поэтому правильнее про квазары было бы сказать не «находятся», а «находились».

Предполагается, что квазары – это ядра молодых галактик. То есть квазар представляет собой гигантскую черную дыру, которая активно всасывает в себя вещество – водород, гелий. Летя под действием сверхмощного поля тяготения к этой адской черной дыре, вещество, прежде чем кануть в ней безвозвратно, успевает приобрести огромную скорость и разогреться. Отсюда и излучение.

То есть сама черная дыра, как мы уже и говорили, ничего из себя излучить не может. Она – черный вселенский пылесос, только втягивающий в себя и убивающий все, что попадает в пределы ее гравитации. Но прежде чем пропасть в черном небытии, вещество успевает издать последний вопль ужаса. Который пораженные астрономы и фиксируют в виде необыкновенно мощного излучения во всех диапазонах. Это крик убиваемой материи.

Когда все окрестное вещество поджирается сверхмассивной черной дырой, процесс катастрофического излучения подуспокаивается. И еще какое-то время бывший квазар светит с меньшей интенсивностью, доедая остатки вещества вокруг себя. Тогда он называется активным ядром молодой галактики, которое светит сильно, но не так ярко, как квазар. Ну, а потом, когда в пределах досягаемости вещества уже не остается, свечение вокруг дыры гаснет. Черная дыра затаилась, как паук в ожидании случайной мошки.

Такие гигантские молчащие черные дыры существуют в центрах многих галактик. В том числе и в нашей. Нужно только понимать, что бывают разные черные дыры: есть черные дыры, оставшиеся на месте взорвавшихся звезд, и они довольно компактны. А бывают гигантские, сверхмассивные черные дыры в центрах галактик, оставшиеся со времен формирования вселенной, когда огромные массивы газа только-только начинали свою гравитационную концентрацию. Тогда из сравнительно небольших сгустков получались обычные звезды, а из огромных массивов вещества получались гигантские быстро сгорающие звезды и супергигантские звездоподобные газовые массивы, практически сразу превратившиеся в огромные черные дыры, ставшие центрами формирования галактик. Сначала они были жадно поглощающими вещество квазарами, потом – активными ядрами галактик, а теперь – просто тихими черными дырами. И вокруг этих супердыр нынче кружатся миллиарды звезд, составляющих галактику. Масса этих черных дыр может составлять от сотен тысяч до миллиардов масс Солнца. Скажем, черная дыра в серединке галактики NGC 488 весит как 20 миллиардов Солнц! И если черные дыры, оставшиеся после взрыва сверхновых, довольно компактны, то эта старинная черная дырища так велика, что в нее уместились бы полтора десятка Солнечных систем.

Часто возникает вопрос: а что будет, если нырнуть в черную дыру? Понятно, что обратно не выберешься, но, быть может, можно вынырнуть в другой, параллельной вселенной? Действительно, есть такая теория, что внутри себя черная дыра выворачивается в другую вселенную и там выглядит белой дырой. Белыми дырами называют гипотетические объекты, которые, в отличие от черных дыр, не всасывают в себя беспрестанно вещество и излучение, а напротив, беспрестанно его извергают. В нашей вселенной никаких таких белых дыр пока не обнаружено, они остаются выдумкой кабинетных ученых, но вдруг они все же существуют и являются «оборотной стороной» наших черных дыр, просто находятся в параллельных мирах? Правда, проверить сию гипотезу нельзя, поскольку эти гипотетические вселенные ограждены от нас горизонтами событий, и информацию оттуда никоим образом получить невозможно.

Поэтому мы сейчас эти научные спекуляции обсуждать не будем, а ответим на вопрос, что будет с любопытным гражданином, который захочет нырнуть в черную дыру и посмотреть, чего там происходит.

Но начнем ответ с более легкого объекта – с белого карлика или нейтронной звезды. Что вам больше нравится в качестве орудия самоубийства? Давайте возьмем нейтронную звезду – по сути, гигантское атомное ядро диаметром в пару десятков километров. Напомню: это все, что осталось от гигантской сверхновой после взрыва, – вещество чудовищной плотности и с чудовищной силой притяжения.

Итак, пытливый товарищ вниз головой кидается в эту звезду. Так как любой гражданин имеет некую длину, одни его части будут ближе к звезде (голова), а другие части – дальше (ботинки). А поскольку чем ближе к звезде, тем сильнее сила притяжения, головенка безрассудного самоубийцы будет притягиваться сильнее, чем ботинки, то есть она будет лететь к звезде быстрее ног. По сути, человека, начиная с головы, вытянет в длинную макаронину. Этот эффект вытягивания людей в макаронины вызывается действием приливных сил. Приливные силы от Луны, которые действуют на Землю, вызывают в земных океанах приливы и отливы. Вот примерно то же самое, только в совершенно карикатурных масштабах, случится с нашим подопытным – приливные силы, начав вытягивать его с головы, просто разорвут глупого героя, а когда остатки несчастного коснутся поверхности звезды, электроны бедолаги вдавит в его протоны, и гражданин превратится в нейтронную пасту, которую равномерно размажет по поверхности нейтронного шара.

В общем, падение дяденьки вниз головой на звезду будет напоминать выдавливание тюбика с зубной пастой. Сначала – длинная макаронина, а потом размазывание.

Так, одного гражданина мы уже истратили. Несите следующего! Теперь будем кидать его в черную дыру – интересно же, что получится! А получится примерно то же самое. Сначала его «отмакаронит» приливными силами, а потом разберет на элементарные частицы, которые канут в черном небытии сингулярности. Но мы этого уже не увидим.

Или увидим?

Это зависит от величины черной дыры, в которую затянуло наш объект. Если мальчик падает в черную дыру, оставшуюся после взрыва массивной сверхновой, то есть дыра эта сравнительно невелика по размерам, его разорвет еще до достижения горизонта событий. Например, если черная дыра образовалась из звезды массой в 10 Солнц и ее радиус Шварцшильда составляет 30 км, мальчика превратят в макаронину и разорвут приливные силы на расстоянии 300 км от горизонта событий. То есть мы сполна насладимся этим печальным зрелищем отмакаронивания или, говоря на европейский манер, спагеттификации.

Но если мы имеем дело со старой заслуженной черной дырой размером эдак в десять тысяч солнечных масс, то ее радиус Шварцшильда будет равен 30 тысячам километров. И тут приливные силы начнут деформировать и разрывать объект намного ближе к звезде, то есть уже после того, как гражданин пролетит за горизонт событий. Таким образом, в этом случае подопытный пролетит за горизонт событий живым и здоровым, даже не заметив этого. Его раздавит уже потом, но мы этого не увидим, так как свет из-за горизонта событий до нас никак дойти не может. Да и сам гражданин своего ужасного конца не увидит, ибо у него вылезут глаза на лоб.