Современная астрофизика построила себе удобную религию, и имя её божеству — сверхмассивная чёрная дыра. Каждый раз, когда телескопы фиксируют что-то невообразимо яркое в центре галактики, учёные хором произносят заученную мантру: «Это чёрная дыра пожирает материю». Но что если эта мантра — всего лишь научный костыль, подпирающий шаткую конструкцию наших представлений о Вселенной?
Давайте на секунду отвлечёмся от красивых пресс-релизов NASA и зададим неудобный вопрос: откуда, собственно, такая уверенность? Активные ядра галактик — объекты, выбрасывающие энергию, эквивалентную свечению триллионов звёзд — действительно содержат в себе чёрные дыры? Или мы просто привыкли к этой идее, как привыкают к старым тапочкам, даже если они уже давно жмут?
Наука — штука парадоксальная. С одной стороны, она требует скептицизма и проверки любых утверждений. С другой — регулярно впадает в коллективный гипноз, когда какая-то теория набирает критическую массу сторонников. И история с чёрными дырами в центрах галактик — прекрасная иллюстрация этого феномена. Мы собираемся копнуть глубже и посмотреть, что скрывается за фасадом общепринятой парадигмы.
Что нам продают под видом истины
Итак, официальная версия звучит примерно так: в сердце почти каждой крупной галактики сидит сверхмассивная чёрная дыра — монстр с массой от миллионов до миллиардов солнечных масс. Когда на этого монстра падает газ, пыль или незадачливые звёзды, материя разгоняется до околосветовых скоростей, нагревается до миллионов градусов и начинает отчаянно светить, прежде чем навсегда исчезнуть за горизонтом событий. Отсюда и чудовищная яркость — квазары, блазары, сейфертовские галактики, вся эта экзотическая братия.
Звучит стройно, правда? Проблема в том, что эта конструкция держится на нескольких допущениях, которые сами по себе требуют доказательства. Во-первых, мы никогда напрямую не видели чёрную дыру — только её предполагаемые эффекты. Знаменитый снимок «тени чёрной дыры» в галактике M87, за который в 2019 году раздавали премии и открывали шампанское, на самом деле показывает нам кольцо раскалённого газа вокруг чего-то. Чего именно — вопрос интерпретации.
Во-вторых, общая теория относительности, предсказывающая существование чёрных дыр, сама сталкивается с серьёзными проблемами при описании сингулярностей — тех самых точек бесконечной плотности, которые должны находиться внутри этих объектов. Бесконечность в физике — это обычно сигнал о том, что теория перестаёт работать. Но мы почему-то закрываем на это глаза и продолжаем строить космологию на фундаменте, который трещит по швам.
Когда цифры не сходятся
А теперь самое интересное — давайте посмотрим на конкретные нестыковки, которые астрофизики предпочитают не афишировать.
Начнём с энергетики. Некоторые квазары демонстрируют переменность яркости на масштабах дней или даже часов. Это означает, что излучающая область должна быть компактной — не больше нескольких световых дней в поперечнике. Для объекта, выбрасывающего энергию триллиона солнц, это физически крайне затруднительно даже с учётом аккреции на чёрную дыру. Эддингтоновский предел — максимальная светимость, при которой давление излучения ещё не разрывает аккреционный диск — регулярно нарушается наблюдаемыми квазарами. И что? Учёные разводят руками и придумывают ad hoc гипотезы: «Ну, наверное, аккреция идёт не сферически симметрично». Удобно.
Далее — проблема джетов. Эти струи релятивистской плазмы вылетают из активных ядер со скоростью, достигающей 99,9% скорости света. Механизм их формирования до сих пор толком не понят. Стандартная модель предполагает, что магнитные поля аккреционного диска каким-то образом закручиваются и выстреливают материю вдоль оси вращения. Каким именно образом? Тут начинается магия уравнений магнитогидродинамики, которые решаются только численно и дают весьма разные результаты в зависимости от начальных условий.
И наконец — вопрос происхождения самих сверхмассивных чёрных дыр. Мы обнаруживаем квазары с массами в миллиарды солнц уже через 700-800 миллионов лет после Большого взрыва. Как они успели так быстро вырасти? Стандартные механизмы аккреции не работают — времени просто не хватает. Приходится изобретать экзотические сценарии «прямого коллапса» газовых облаков или слияния первичных чёрных дыр, но всё это выглядит как заплатки на прохудившемся теоретическом покрывале.
Еретические гипотезы
Раз уж мы выбрали путь научной ереси, давайте рассмотрим альтернативы. И нет, речь не о фриках с YouTube, а о вполне респектабельных физиках, которые просто не боятся задавать неудобные вопросы.
Первая альтернатива — гравастары. Эти гипотетические объекты были предложены в начале 2000-х как квантово-гравитационная альтернатива чёрным дырам. Вместо сингулярности внутри них находится сфера из экзотической материи с отрицательным давлением — по сути, кусочек тёмной энергии, запертый внутри тонкой оболочки сверхплотного вещества. Снаружи гравастар практически неотличим от чёрной дыры, но у него нет горизонта событий — информация не теряется безвозвратно.
Вторая альтернатива — фаззболлы (или «пушистые шары»), вытекающие из теории струн. В этой концепции чёрная дыра — не пустота с сингулярностью посередине, а клубок струн и бран, запутанных в невообразимо сложную структуру. Размер этого клубка примерно равен шварцшильдовскому радиусу, так что снаружи объект выглядит как чёрная дыра, но внутри — совершенно иная физика.
Третья — кротовые норы, соединяющие различные области пространства-времени. Некоторые решения уравнений Эйнштейна допускают существование стабильных проходимых кротовых нор, которые при наблюдении извне могли бы мимикрировать под чёрные дыры. Представьте: вместо космического монстра, пожирающего материю, в центре галактики находится портал куда-то ещё. Куда — вопрос отдельный и волнующий.
И четвёртая, самая радикальная — может быть, наши представления о гравитации в сверхсильных полях попросту неверны, и там вообще не существует ничего похожего на компактные объекты в классическом понимании. Модифицированная гравитация в различных её изводах (MOND, f(R)-гравитация, теории с дополнительными измерениями) даёт совершенно иные предсказания для центральных областей галактик.
Зоопарк альтернатив
Справедливости ради нужно признать: даже если отбросить чёрные дыры, кандидатов на роль «двигателя» активных ядер хватает с избытком.
Кластеры нейтронных звёзд и магнетаров могли бы при определённых условиях производить колоссальные выбросы энергии. Магнитные поля этих объектов достигают величин в квадриллионы гаусс — это в триллионы раз сильнее магнитного поля Земли. Взаимодействие таких полей с падающей материей порождает явления, которые мы пока едва начинаем понимать.
Бозонные звёзды — гипотетические объекты, состоящие из лёгких скалярных частиц (например, аксионов), удерживаемых собственной гравитацией. Они не излучают свет напрямую, но могут иметь колоссальную массу при относительно небольших размерах. Что происходит, когда на такой объект падает обычная материя? Честный ответ: мы не знаем.
Тёмные звёзды — объекты, получающие энергию не от термоядерного синтеза, а от аннигиляции частиц тёмной материи в своих недрах. Если тёмная материя состоит из вимпов или аналогичных частиц, способных аннигилировать друг с другом, такие звёзды могли бы достигать гигантских масс и светимостей.
Наконец, нельзя исключать существование объектов, для описания которых у нас попросту нет теории. Мы привыкли думать, что физика XX века дала нам полный инструментарий для понимания Вселенной. Но квантовая гравитация — теория, объединяющая квантовую механику и общую относительность — до сих пор не построена. А именно она нужна для описания того, что творится в сердцах галактик.
Почему учёные молчат
Здесь начинается социология науки — дисциплина, которую большинство физиков предпочитает игнорировать.
Научное сообщество функционирует по законам, не слишком отличающимся от законов любой другой социальной структуры. Есть мейнстрим, есть маргиналы, есть механизмы поощрения и наказания. Молодой учёный, рискнувший усомниться в парадигме чёрных дыр, рискует своей карьерой: грантами, публикациями в престижных журналах, позициями в ведущих институтах.
Парадигмальное мышление, описанное ещё Томасом Куном, создаёт мощнейшую инерцию. Чтобы сменить парадигму, недостаточно указать на её проблемы — нужно предложить что-то лучшее. А «лучшее» определяется теми же людьми, которые инвестировали всю свою карьеру в старую парадигму. Конфликт интересов? Безусловно.
Кроме того, астрофизика давно превратилась в big science — науку больших коллабораций, больших телескопов и больших бюджетов. Проект Event Horizon Telescope, сфотографировавший «тень чёрной дыры», стоил сотни миллионов долларов. Представьте, каково учёным, потратившим годы на этот проект, услышать: «А может, это вовсе не чёрная дыра»? Психологический барьер непреодолим.
И всё же наука движется вперёд, пусть и зигзагами. Новые инструменты — гравитационно-волновые детекторы, рентгеновские телескопы следующего поколения, интерферометры с базой в миллионы километров — дадут нам данные, которые невозможно будет игнорировать. Вопрос лишь в том, хватит ли нам интеллектуальной честности, чтобы пересмотреть свои убеждения.
Вместо эпилога
Я не утверждаю, что чёрных дыр не существует. Я утверждаю, что наша уверенность в их существовании — особенно в качестве универсального объяснения феноменов активных ядер галактик — основана на фундаменте более шатком, чем принято считать.
Вселенная не обязана соответствовать нашим теориям. Она сложнее, страннее и прекраснее любых моделей, которые способен породить человеческий разум. И может статься, что в центрах галактик таится нечто настолько непохожее на наши представления, что для его описания придётся переписать учебники физики с нуля.
Это не повод для отчаяния — это повод для восторга. Наука интересна именно тогда, когда она сталкивается с пределами собственного понимания и вынуждена совершать революционные скачки. Чёрные дыры были прекрасной идеей для XX века. Может быть, XXI век подарит нам что-то ещё более поразительное?
А пока — продолжаем смотреть в небо и задавать неудобные вопросы. Именно это делает нас людьми.