Читать книгу: «Нейтронные звезды. Как понять зомби из космоса», страница 5

“Осторожно! Кенгуриный навоз!” – предупреждает Саркисян. Оказалось, здесь и в самом деле пасется стадо кенгуру: большие, мощные самцы, с которыми не хотелось бы встретиться на ринге, грациозные самки – они поменьше, и у некоторых из них в сумках очаровательные детеныши, неуклюжие кенгуру-подростки с длинными ногами и еще не до конца сформировавшимся телом. По словам Саркисяна, змеи здесь тоже есть – три самых смертоносных в мире: восточная коричневая, западная коричневая и королевская коричневая. Ничего себе соседи! Затем мы надеваем шлемы, чтобы прямо под отражателем пройти в аппаратную.

Несмотря на то что оборудование совершенно новое, здесь, в круглой башне, поддерживающей аппаратную, пахнет историей. В обязанности Саркисяна входит помощь НАСА: он следит за космическим зондом “Вояджер-2”, который всего несколько недель назад, 10 декабря 2018 года, вошел в межзвездное пространство и присоединился к своему зонду-близнецу “Вояджер-1”. Эти два зонда, в течение последних четырех десятилетий сражающиеся с бескрайними просторами космоса, все еще находятся в рабочем состоянии. “Видите этот красный пик? – говорит мне Саркисян, указывая на экран своего компьютера. – Это «Вояджер» прощается с нами”.

Хотя Parkes и CSIRO¹⁰, его головная организация со штаб-квартирой в Сиднее, не входят в Сеть дальней космической связи НАСА, они часто оказывают американцам необходимую помощь. Все-таки достаточно долго Parkes с его шестидесятичетырехметровым отражателем-тарелкой оставался самым большим полноповоротным радиотелескопом в Южном полушарии. Позднее НАСА построило вблизи австралийской столицы Канберра свой собственный отражатель, размер которого на шесть метров превышает размер “тарелки” Parkes. И все же Parkes остается важнейшим инструментом для ряда космических миссий, от посадки кораблей “Аполлон” на Луну до отслеживания марсоходов и наблюдения за зондом Huygens во время его спуска на Титан – самый большой и таинственный, богатый углеводородами и другими органическими соединениями спутник Сатурна.

И конечно, с 1961 года, с момента начала работы Parkes, на нем проводились радиоастрономические исследования. После того как Белл обнаружила пульсар LGM-1 (LGM – аббревиатура английского выражения little green men, что значит “маленькие зеленые человечки”) и ее открытие подтвердилось, “Тарелка” стала прекрасным инструментом, позволяющим отыскивать и изучать пульсары. Больше половины известных сегодня пульсаров обнаружены с помощью Parkes и радиотелескопа Lovell обсерватории Джодрелл-Бэнк на северо-западе Англии. Одним из достижений Parkes стало открытие первого внегалактического пульсара PSR В0529-66 в Большом Магеллановом Облаке – карликовой галактике, спутнике нашего Млечного Пути. Еще четыре таких пульсара были обнаружены несколькими годами позже: один в Малом Магеллановом Облаке, два в Большом Магеллановом Облаке и еще один неподалеку. А после того, как на Parkes установили современный многолучевой приемник, позволяющий обследовать большую площадь неба, в 2001 году астрономы обнаружили еще тринадцать пульсаров. (Более подробно о многолучевых приемниках см. в разделе “Чуть глубже: Многолучевой приемник” в главе 4.) Еще одно важное достижение многолучевых исследований Parkes — открытие двойного пульсара PSR Jo737-3039А/В. Это единственная система, состоящая из двух пульсаров, обращающихся вокруг общего центра масс. Их столкновение неизбежно. Журнал Science отметил обнаружение этого пульсара как одно из десяти наиболее важных научных открытий 2004 года³⁰.

Аппаратная располагается непосредственно под тарелкой. Взглянув на стоящий здесь компьютер, Бейлз увидел, что удаленно, из Сиднея, ведет наблюдения ветеран исследования пульсаров— астроном из CSIRO Дик Манчестер³¹.

“От Дика мы получили разрешение вести наблюдения”, – говорит Бейлз. По голосу слышно, что Бейлз слегка нервничает, но потом он полушутливо добавляет: “Ты всегда должен чуть-чуть побаиваться своего руководителя. Мне уже больше пятидесяти, он перестал быть моим руководителем в 1989 году, но, когда Дик предлагает мне что-то сделать, я говорю себе: «Ну, это-то я должен сделать»”.

Позднее в тот же день Саркисян пригласил меня на сюрреалистическую прогулку по гигантской тарелке Parkes. Его коллега опустил тарелку как можно ниже, так что ее край почти коснулся земли. Ступив на нее, я не могла отделаться от мысли, что вхожу в большую металлическую супницу. В феврале палящая австралийская жара делала такое сравнение еще более уместным. Вот только, к счастью, жар шел сверху, а не снизу. Оператор телескопа начал медленно поднимать тарелку Parkes все выше и выше над вершинами деревьев, и наконец мы остановились. Теперь наша “супница” была полностью горизонтальна и напоминала тянущийся к солнцу футуристический цветок. Я подошла к одной из тех лестниц, по которым десятилетиями карабкались вверх астрономы: нахлынувшие чувства оказались не сравнимы ни с какими острыми ощущениями, когда-либо мной испытанными.

Наступили сумерки, солнце медленно становилось красным, и тут появились птицы. Десятки, сотни птиц: большие белые какаду с желто-зелеными хохолками, яркие розовые какаду, нахальные птицы-апостолы, вороны-флейтисты, белокрылые сорочьи жаворонки и более привычные австралийские сороки. В это время суток телескоп принадлежит им. Вокруг прыгает множество кенгуру, со своими хвостами и мощными ногами напоминающие ископаемых ящеров из “Парка юрского периода”. Еще несколько мгновений – и солнце опускается за горизонт. Мы выходим из “Тарелки”. Время уезжать отсюда. Прощай, Parkes.

Чуть глубже: Межзвездная среда – пристанище нейтронных звезд

“Ну надо же, это не сон! Я измеряю пульсации, которым потребовались тысячи лет, чтобы добраться до нас”, – думал Джеймс Корд, глядя на экран стоящего перед ним осциллографа. Всплеск-всплеск-всплеск – пошел сигнал, напоминающий отклоняющуюся то вверх, то вниз зигзагообразную линию на экране монитора сердечного ритма. Он видел мигающий вдалеке космический маяк – быстро вращающуюся нейтронную звезду, погруженную в разреженную среду ионизированного газа и пыли. Это так называемая межзвездная среда, которая заполняет пространство между всеми звездами (и нейтронными тоже). Хотя мы уже знаем кое-что об окружении звезд, межзвездная среда все еще полна тайн.

Это было в 1972 году. Тогда Корд впервые оказался среди тропических лесов Пуэрто-Рико. Отведя взгляд от осциллографа, он посмотрел в большое окно: прямо перед ним, в нескольких десятках метров, был виден гигантский отражатель-тарелка телескопа обсерватории Аресибо. “Вы можете видеть события, происходящие в межзвездной среде, и на подсознательном уровне возникает какое-то чувство… Тогда оно каким-то образом связало меня с ней – просто я знаю, что со мной это случилось”, – говорит он, сидя в своем кабинете в Корнеллском университете. Этого занимающегося пульсарами астронома тогда так заинтересовало воздействие межзвездной среды на сигналы, испускаемые пульсарами, что он с тех пор занимается именно этим.

В десятилетнем масштабе времени пульсары – сверхточные часы. Они настолько надежны, что рассматривается возможность использовать их как радиомаяки для космических полетов. Например, невероятно быстро вращающиеся миллисекундные пульсары совершают сотни оборотов каждую секунду. Благодаря огромной скорости вращения и большой массе их трудно замедлить, а значит, их периодические вспышки чрезвычайно точны. Даже за миллиарды лет они замедляются всего на несколько миллисекунд, а значит, последовательность посылаемых ими импульсов остается неизменной неопределенно долго. Поскольку пульсары столь “надежны”, даже малейшее изменение их поведения может указывать на изменение окружающей обстановки – межзвездной среды вблизи нейтронной звезды.

Многие думают, что межзвездная среда представляет собой идеальный вакуум, но это не так. Она состоит из движущихся заряженных электронов и протонов, примерно по одному на каждый кубический сантиметр. Кроме того, межзвездная среда намагничена: ее всепроникающее магнитное поле разной напряженности можно обнаружить везде в космосе. В среднем магнитное поле межзвездной среды составляет несколько микрогауссов – около одной миллионной напряженности магнитного поля на поверхности Земли. Магнитное поле томографа – около 10 тысяч гауссов. На другом полюсе – магнитное поле средней нейтронной звезды, его напряженность порядка 10¹²(одного триллиона) гауссов. Это поле столь велико, что находящиеся в нем атомы вытягиваются вдоль магнитных силовых линий, приобретая форму цилиндров.

Пульсар – источник излучения в очень широком диапазоне частот по всему электромагнитному спектру. У волн высокой частоты очень короткие длины, поэтому они хуже рассеиваются частицами плазмы и легко проходят через межзвездную среду. Волны более низкой частоты, сталкиваясь с электронами, отстают и в результате доходят до телескопа позднее. Это явление называется дисперсией. Различие во времени регистрации волн разной частоты зависит от числа электронов между наблюдателем и пульсаром. Задержка низкочастотных волн может составлять примерно одну секунду. В случае пульсара, находящегося на расстоянии тысячи световых лет от нас (значит, его пульсациям требуется тысяча лет, чтобы мы могли их зарегистрировать), задержка в одну секунду может показаться пренебрежимо малой. Но, когда ученый изучает пульсар, ему необходимо сделать поправку на этот эффект, чтобы иметь возможность учесть все частоты излучения согласованно.

Измерение дисперсии показывает астрономам, сколько электронов заполняет межзвездную среду между нами и пульсаром, что, в свою очередь, указывает на расстояние до него. Чем дальше пульсар, тем через большее число электронов приходится “пробиваться” излучению, а это значит, что дисперсия – или разброс во времени регистрации сигналов разных частот – тоже будет больше³².

Речь идет не только о подсчете блуждающих в космосе электронов. Поняв свойства межзвездной среды, ученые смогут пролить свет на образование и эволюцию звезд и галактик. Если, наблюдая определенный пульсар, они через год увидят, что дисперсия его излучения изменилась, значит, в этой области изменилось содержание электронов, поскольку там имеются области турбулентности. Сцинтилляция (или мерцание) радиоволн дает астрономам возможность исследовать, как движутся сгустки вещества между нами и пульсаром. “Радиомерцание можно измерить, – говорит Корд, – а затем мы ставим вопрос так: хорошо, какая турбулентность межзвездной среды способна привести к такому эффекту? – и решаем обратную задачу”.

В августе 2012 года межзвездная среда на короткое время попала на первые полосы газет. Это случилось тогда, когда космический зонд “Вояджер-1”, запущенный еще в 1977 году, покинул Солнечную систему и направился в холодное безмолвное пространство между звездами. 5 ноября 2018 года к нему присоединился его зонд-близнец “Вояджер-2” – аппарат, который Джон Саркисян с помощью Parkes все еще видит время от времени. На случай встречи с инопланетянами оба зонда несут позолоченную пластинку с аудио- и видеоинформацией о нашем мире. “Вояджер-1” не может измерять свойства межзвездной среды – его детектор плазмы поврежден, но второй космический аппарат пять лет спустя спас положение. Оказалось, межзвездная плазма плотнее, но холоднее и движется медленнее, чем плазма внутри гелиосферы – области пространства, окружающей Солнце³³.

Глава 3
Когда взрываются звезды

Я стою посреди бесконечного цветочного ковра, выдержанного в завораживающих фиолетовых и розовых тонах. Он тянется до виднеющихся на горизонте гор со снежными вершинами. Вообще-то здесь пустыня, но после редкого в этих местах короткого ливня цветы повсюду. Трудно поверить, что это одно из самых засушливых мест на Земле.

Чилийская пустыня Атакама тянется на тысячи километров через засушливое и пустынное высокогорное плато. С запада она ограничена Тихим океаном, с востока – Андами. Старейшая пустыня Земли занимает 105 тысяч квадратных километров. По пустыне разбросано небольшое число шахтерских поселков. Населяющие их люди добывают медь из охряно-красной каменистой земли. Там и здесь дорога проходит мимо покинутых людьми деревень-призраков: глазницами выбитых окон дома вглядываются в нескончаемые просторы этой земли.

Вероятно, в этой пустыне самое привлекательное для туристов место – городок Сан-Педро-де-Атакама. Его побеленные дома служат базой для экскурсий на расположенные неподалеку солончаки и соляные озера. Когда мы ехали из аэропорта Эль-Лоа вдоль Панамериканского шоссе, я заметила, что в пустыне практически нет песка. Да, несколько песчаных дюн в Атакаме есть, но они расположены не вдоль шоссе. Я слышала, что дюны популярны у туристов, приезжающих в Сан-Педро. К подножью дюн туристические группы прибывают на микроавтобусах. Любители подобных развлечений, набрав изрядно песка в туфли и носки, забираются под палящим солнцем на самый верх и скатываются вниз на сэндбордах – впечатлений хватает на всю жизнь.

Здесь, в этом труднодоступном месте, практически ничего не растет за пределами поселка. Кое-где годами не бывает ни капли дождя. В центре пустыни дождя не было полстолетия. Когда же в 2017 году на пустыню наконец обрушился ливень, астробиологи обнаружили, что он уничтожил практически все живущие здесь микроорганизмы¹. Мы миновали громадные, высокие, как горы, нагромождения скал. Они выглядят так, будто только что окончилась снежная буря. На самом же деле эти скалы покрыты соляной коркой. Ландшафт Атакамы старый. По геологической шкале времени большинство скал на поверхности Земли достаточно молоды: им порядка сотен тысяч или нескольких миллионов лет, а возраст некоторых скал Атакамы – около пятнадцати миллионов лет. Но не геология, а астрономия привела меня в эти места.

По огромному пустынному пространству Атакамы разбросаны несколько больших обсерваторий. Благодаря уединенности и необычной географии это одно из лучших мест на Земле для наблюдения звезд. Здесь все большие города так далеки, что о засвечивании ночного неба искусственными источниками света и радиоволнами можно не беспокоиться. Тучи тоже редкие гости атакамского неба, и, учитывая высоту этого места, небесные тела видны здесь максимально четко, лучше только из космоса. Эти условия прекрасно подходят для оптических телескопов, таких как Very Large Telescope (VLT) в Паранальской обсерватории. Именно туда в первую очередь я и направляюсь. Это место, как бы сошедшее с картины художника-футуриста, сыграло эпизодическую роль в фильме “Квант милосердия” о Джеймсе Бонде: общежитие ученых и инженеров телескопа ненадолго преобразовали в вымышленный экоотель в Боливии².

Для телескопа, на который я хочу посмотреть, решающее значение имеют низкая влажность и высота Атакамы. Это самая большая обсерватория, ведущая наблюдения в диапазоне миллиметровых и субмиллиметровых длин волн электромагнитного спектра. Ее построили именно здесь из-за того, что воздух, насыщенный влагой или водяным паром, как губка поглощает электромагнитное излучение с такими длинами волн. Обсерватория называется ALMA по первым буквам ее английского названия Atacama Large Millimeter Array, “Атакамская большая антенная система миллиметрового диапазона”.

Эта система состоит из шестидесяти шести снежно-белых тарелок-отражателей и находится на высоте 5000 метров над уровнем моря на севере чилийских Анд на плато Чахнантор³.

Раньше я видела изображение этой антенной системы. Она напоминает инопланетный, но по-своему очень милый пейзаж – скопление отражателей-тарелок, похожих на грибы со странными перевернутыми шляпками. Однако, прежде чем попасть сюда, я должна была пройти через базовый лагерь ALMA, так называемый центр оперативной поддержки, расположенный примерно на 2000 метров ниже плато. Сначала меня провели в крошечную комнатку, где места едва хватает для узкой койки и душа. Затем короткая остановка в столовой и инструктаж по технике безопасности. Это очень важно, потому что на следующий день мы собираемся поехать к самой антенной системе. Там, на высоте 5000 метров, ощущается недостаток кислорода, а горная болезнь – совсем не шутка. Алдо, один из техников, предупреждает, что на такой высоте люди могут почувствовать тошноту и сильную головную боль. Если не проявить осторожность и не обратить внимания на эти симптомы, можно умереть. Показывая мне, как пользоваться кислородной маской, он говорит, что разрешение я получу после осмотра врача. Затем меня осматривает врач, который проверяет давление и уровень кислорода в крови. Некоторые посетители проверку не проходят, и им не разрешают продолжить подъем на плато Чахнантор. Тут я поняла, что годы занятий в спортзале наконец окупились – я прошла.

На следующий день рано утром, зажав кислородную маску в руке, я отправилась на плато в сопровождении проводника. В кармане у меня листья коки. Местные жители клянутся, что это хорошее средство от высотной болезни. Я знаю, что на высоте обсерватории мы проведем не больше двух часов, но все равно нервничаю. На пути к плато нам встречаются гигантские кактусы. Некоторые из них достигают высоты семь метров и даже больше. Лама и пара осликов без всякого интереса смотрят на нашу медленно ползущую вверх машину. Наконец вдалеке вырисовывается конечный пункт нашего маршрута – шестьдесят шесть огромных тарелок-отражателей ALMA. Их синхронная работа должна помочь разгадать некоторые из самых трудноразрешимых загадок Вселенной. Вокруг основания тарелок копошатся кажущиеся крошечными человечки в кислородных масках, которые обеспечивают работу антенной системы. Вблизи отражатели уже не выглядят такими милыми – они настолько громадны, что у меня перехватывает дыхание. Возможно, это просто нехватка кислорода.

ALMA – не самый подходящий инструмент для наблюдения нейтронных звезд: миллиметровые и субмиллиметровые волны гораздо короче длины радиоволн излучения пульсаров. Обычно эта антенная система используется для изучения образования звезд, но именно ALMA помогла астрофизикам первый раз стать свидетелями космического события, которое они считают рождением нейтронной звезды. Сверхновой с нейтронной звездой в центре ученые дали несколько глуповатое прозвище – Корова. Соглашение о наименовании сверхновых устанавливает, что название должно включать в себя год обнаружения и определенную, принятую заранее последовательностью букв. Поэтому официально Корова называется AT2018cow, но прозвище прижилось.

Аспирантка Калифорнийского технологического института Анна Хо – ведущий автор исследования Коровы. Вспоминая день, когда она услышала о Корове, Анна увлекается и даже начинает говорить громче.

17 июня 2018 года Хо, как и сотни других астрономов, получила сообщение от Стивена Смартта, астрофизика из Университета Квинс в Белфасте, и его коллег, где они привели результаты своих измерений странного “транзиента”. Так астрономы называют событие, включающее в себя кратковременный выброс энергии при неожиданном изменении состояния космического тела, таком, например, как вспышка сверхновой. За день до этого он был зарегистрирован автоматической системой наблюдения ATLAS (Asteroid Terrestrial Impact Last Alert System, “система чрезвычайного оповещения о столкновении астероидов с Землей”), расположенной на Гавайях и предназначенной для обнаружения небольших околоземных объектов за несколько недель или дней до того, как они столкнутся с Землей. Этот транзиент был ярким. Действительно очень-очень ярким – в несколько десятков раз ярче обычного выброса энергии при взрыве звезды. Однако Хо заметила еще кое-что странное, из-за чего она со всех ног бросилась в кабинет своего руководителя. Дело в том, что эта сверхновая достигла максимальной яркости необычайно быстро, за несколько часов, тогда как в типичных случаях увеличение яркости может занять несколько недель. Телескопы всего мира, как и другие инструменты, повернулись в направлении этого феномена и приступили к его детальному изучению. Среди них два телескопа-близнеца Keck на Гавайях и телескоп Liverpool обсерватории Роке-де-лос-Мучачос на острове Пальма, входящем в принадлежащий Испании Канарский архипелаг.

Сначала Хо и ее коллеги попытались найти более будничное объяснение этой необычной вспышке. Возможно, это вообще не взрыв, а очень яркая, близкая к Земле звезда в нашей собственной Галактике, обманчиво выглядящая как взрыв. Хо услышала от своего шефа, что это определенно звезда – и тратить на нее время вообще не стоит.

Хо уже направлялась к двери, когда звякнул ее телефон. Она остановилась, чтобы прочесть письмо, где было первое подтверждение внегалактической природы вспышки, произошедшей на расстоянии около 200 миллионов световых лет от нас, в карликовой галактике в созвездии Геркулес. “Отсюда следовало, что это действительно взрыв, на самом деле взрыв! Все ужасно обрадовались. Я развернулась и показала телефон своему руководителю. Вот тогда-то все засуетились, отчаянно стараясь понять, что же с этой информацией делать”, – рассказывает Хо.

Обнаружив этот взрыв, ученые впервые получили возможность стать свидетелями смерти звезды в реальном времени, конечно, если не учитывать задержку на 200 миллионов лет, потребовавшихся свету для того, чтобы достичь нашей планеты. Теперь, если провести измерения корректно, астрономы смогут не только увидеть взрыв массивной звезды, но и наблюдать коллапс ее ядра и образование в этом месте нейтронной звезды. Именно поэтому Хо отказалась от использования обычных оптических и радиотелескопов и решила, что ALMA больше подходит для наблюдения этой сверхновой.

Но чтобы понять, где та исходная точка, с которой стартовала Хо, надо вернуться на восемьдесят восемь лет назад. Итак, мы на пароходе, идущем из индийского порта Бомбей в Англию.

Путешествие на борту парохода “Пилена” заняло восемнадцать дней. Шел 1930 год, и Субраманьян Чандрасекар ехал в Кембридж, где планировал стать аспирантом физического факультета. Чтобы время не пропадало зря, он развлекался, решая уравнения. Вундеркинд из Индии (и племянник сэра Чандрасекхары Венкаты Рамана, первого азиата, получившего Нобелевскую премию по физике в том же 1930 году), Субраманьян в возрасте девятнадцати лет окончил университет и получил степень бакалавра физики. Через полвека, в 1983 году, сам Чандрасекар станет лауреатом Нобелевской премии за работу, которой он занимался на пароходе.

Незадолго до отъезда в Англию Чандрасекар увлекся белыми карликами – очень тусклыми останками звезд. Тогда считалось, что по окончании водородного “горючего”, поддерживающего термоядерное горение, все звезды, включая наше собственное Солнце, превращаются в белые карлики. Теперь мы знаем, что так умирают далеко не все звезды, а только те, которые в процессе эволюции постепенно сбрасывают внешнюю оболочку. От них останется плотное ядро из углерода, кислорода и азота. Считается, что по прошествии примерно ста миллионов миллиардов лет белый карлик полностью остынет и вообще перестанет испускать свет и тепло – превратится в “бездействующего” черного карлика.

Ко времени плавания Чандрасекара астрономы обнаружили всего три белых карлика. Среди них Сириус В – тусклый, мертвый собрат яркой звезды Сириус. Уже было известно, что плотность белых карликов невероятно высока: она превышает плотность Солнца больше чем в миллион раз. Квантовая механика, только-только появившаяся в начале XX столетия, позволяла объяснить, как возможно достичь такой невероятной плотности. Гравитационное давление внутри умирающей звезды сжимает атомы в ее ядре настолько сильно, что срывает с них электроны. Это значит, что формирующийся белый карлик состоит из положительно заряженных ионов, плавающих в море электронов. При продолжении гравитационного сжатия в игру вступает квантовая механика. Один из ее законов, принцип запрета Паули, утверждает, что никакие два фермиона (например, два протона или два электрона) не могут одновременно находиться в одном и том же состоянии – точно так же как при игре в “горячие стулья” двум людям не разрешается одновременно сидеть на одном стуле. Это означает, что внутри белого карлика часть электронов должна перейти из “основного”, самого низкого энергетического состояния в более высокое. Благодаря этому процессу возникает так называемое давление вырожденных электронов. Именно это давление уравновешивает силу гравитации и предотвращает коллапс белого карлика.

Чандрасекар все это знал не в последнюю очередь потому, что внимательно изучил книгу “Внутреннее строение звезд”, написанную в 1926 году Артуром Стэнли Эддингтоном – одним из лучших астрофизиков того времени. Термин “белые карлики” ранее ввел нидерландско-американский астроном Виллем Лейтен, но именно книга привлекла к ним всеобщее внимание. Однако Эддингтон неправильно объяснял огромную плотность этих умирающих звезд, полагая, что такая плотность обусловлена термическим (вызванным теплом) давлением внутри белых карликов. Позднее в том же году правильное квантово-механическое объяснение предложил английский физик Ральф Говард Фаулер в статье “О плотном веществе”, опубликованной в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Чандрасекар скрупулезно изучил и эту статью. Он направлялся в Англию, чтобы работать под руководством Фаулера, и решил самостоятельно продолжить его расчеты⁴.

Путешествие оказалось долгим, и молодой ученый имел достаточно времени, чтобы проанализировать уравнения Фаулера. Чандрасекар сделал еще один шаг – учел релятивистские эффекты, что необходимо, когда скорость объекта близка к скорости света. Он понял, что электроны внутри белого карлика движутся с невероятно большой скоростью – и это приводит к неожиданным и удивительным результатам. Как оказалось, для того чтобы звезда стала белым карликом, масса ее ядра в момент гибели должна быть меньше 1,4 массы Солнца. Расчет Чандрасекара показал, что, если этот предел превзойден, белый карлик не может существовать, поскольку из-за лишней массы невероятно плотное вещество внутри звезды не способно сопротивляться гравитационному сжатию. Другими словами, ни одна звезда, оказавшаяся к концу своего существования массивнее Солнца в 1,4 раза, не станет одним из этих новооткрытых, тусклых, хотя и сверхплотных небесных объектов. Позднее вычисленное верхнее значение массы умирающей звезды стали называть пределом Чандрасекара. Но тогда возникает вопрос: что происходит со всеми более массивными звездами?

В то время ученые этого не знали. В 1931 году, когда Чандрасекар опубликовал свою работу, нейтрон еще не был открыт: Чедвик подтвердил его существование только в следующем году. Молодой индийский ученый не мог себе представить, что происходит с более массивными звездами в момент их смерти. Не зная о возможности образования нейтронных звезд, он предположил, что, возможно, в отсутствие гравитационного давления массивные звезды просто сжимаются и превращаются практически в ничто – уходят в небытие. Сейчас считается, что результатом коллапса очень массивных звезд становятся черные дыры. Однако в то время черные дыры существовали только в теории и еще несколько десятилетий оставались не реальными, а математическими объектами.

Чандрасекар непреднамеренно стал провозвестником и нейтронных звезд, и черных дыр.

Эддингтон, со своей стороны, так никогда и не согласился с идеей Чандрасекара. В 1934 году, вслед за публикацией первых результатов, молодой ученый направил в Королевское астрономическое общество еще две статьи, где уточнялись его более ранние расчеты и выводы. В январе 1935 года Чандрасекара пригласили сделать доклад на эту тему на заседании Королевского астрономического общества. Эддингтон выслушал выступление Чандрасекара, а затем взял слово сам и не оставил от его работы камня на камне. “Формула Чандрасекара основывается на объединении релятивистской механики с нерелятивистской квантовой теорией. Такой союз мне представляется греховным, а его результат – незаконным”, – сказал Эддингтон потерявшему дар речи Чандрасекару. Эддингтон верил: любая звезда со временем превращается в белый карлик. Ему казалась противоестественной идея коллапса в ничто под действием гравитации (позднее это “ничто” стало называться черной дырой). “Я полагаю, – заявил Эддингтон, – что должен быть общий закон природы, запрещающий звезде вести себя столь абсурдно!” Чандрасекар был настолько потрясен, что следующие четыре десятилетия белыми карликами больше не занимался. В то время под влиянием авторитета Эддингтона большинство ученых приняли его сторону. Все же, несмотря на противоречия, Чандрасекар и Эддингтон оставались в хороших отношениях⁵.

За три года до того, как Чандрасекар обратился к физикам, призывая их отставить в сторону критику Эддингтона и попробовать разобраться в его расчетах и гипотезах, на противоположной стороне Атлантического океана проходила другая научная битва. В начале 1932 года Фриц Цвикки из Калифорнийского технологического института узнал об открытии нейтрона Джеймсом Чедвиком. Новость произвела эффект разорвавшейся бомбы: большинство серьезных газет всего мира написали об открытии Чедвика – как-никак оно полностью меняло модель атома Резерфорда. “Открытие нейтрона. Эмбрион материи”, – гласил заголовок на первой странице New York Times 28 февраля 1932 года. Начало статьи было патетическим: “Доктор Джеймс Чедвик, работающий в Кавендишской лаборатории в Кембридже, открыл нейтрон – одну из первичных частиц природы. Открытие, о котором стало известно сегодня, наши ученые признали самым важным достижением экспериментальной физики с того времени, как лорд Резерфорд в 1911 году продемонстрировал ядерную структуру атома”⁶. Для Цвикки это открытие оказалось как нельзя кстати. Астрономы уже привыкли к так называемым новым – звездам, неожиданно начинающим светить необычно ярко. Они уже наблюдали и гораздо более редкий тип новых – более яркие и окруженные странно выглядящими туманностями. Цвикки назвал их “сверхновыми”.

Фриц Цвикки и его коллега Вальтер Бааде и раньше подозревали, что сверхновые могут быть результатом мощных взрывов звезд. Теперь, когда в астрофизическом арсенале Цвикки появился нейтрон, он смог связать концы с концами. Что, если, рассуждал он в 1933 году, в конце жизни звезды под действием гравитационного сжатия происходит коллапс ее ядра и недра звезды оказываются состоящими только из нейтронов (по мере того как протоны захватывают электроны и трансформируются в эти самые нейтроны)? Такая имплозия¹¹ “нейтронной звезды” существенно уменьшает исходную массу ядра и его размер. Основываясь на знаменитом уравнении эквивалентности массы и энергии Эйнштейна (Е = тс²), Цвикки предположил, что масса, “потерянная” при коллапсе ядра, превращается в энергию, приводящую к взрыву, – во вспышку сверхновой. В одной из двух статей на эту тему Цвикки и Бааде писали: “Со всеми оговорками мы все же полагаем, что сверхновая представляет собой превращение обычной звезды в нейтронную звезду, состоящую главным образом из нейтронов. Такая звезда может обладать очень малым радиусом и чрезвычайно большой плотностью”⁷. В декабре 1933-го, двумя годами раньше, чем Чандрасекар представил исследования белых карликов, Цвикки и Бааде доложили свои результаты на собрании Американского физического общества в Стэнфорде.