Астрофизика последних десятилетий напоминает средневековую схоластику: есть набор священных догм, и горе тому, кто посмеет усомниться в их непогрешимости. Одна из таких догм — представление о джетах квазаров как о релятивистских потоках плазмы, разгоняемых до скоростей, близких к скорости света. Звучит красиво, математически элегантно, идеально вписывается в учебники. Вот только при ближайшем рассмотрении эта стройная картина начинает трещать по швам, как дешёвый костюм на толстяке. И сегодня мы поговорим о том, почему джеты квазаров могут оказаться совсем не тем, чем их считают уже более полувека.
Давайте сразу расставим точки над «i»: я не собираюсь предлагать вам очередную теорию заговора или рассказывать про рептилоидов, управляющих NASA. Речь пойдёт о вполне научных альтернативах, которые существуют, публикуются в рецензируемых журналах, но почему-то не попадают в популярные статьи и документальные фильмы. Потому что, знаете ли, неудобно. Потому что ломает устоявшуюся парадигму. Потому что кому-то придётся переписывать диссертации и учебники.
Священная корова релятивистской физики
Стандартная модель джетов квазаров выглядит примерно так: сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики активно поглощает материю, которая закручивается в аккреционный диск. Часть этой материи каким-то (до сих пор не вполне понятным) образом выбрасывается перпендикулярно диску в виде узких потоков — джетов. Эти потоки, согласно общепринятой теории, движутся со скоростями порядка 0,99c, то есть практически со скоростью света.
Красиво? Безусловно. Убедительно? Ну, тут как посмотреть.
Проблема в том, что эта модель базируется на нескольких фундаментальных допущениях, которые воспринимаются как аксиомы, хотя таковыми не являются. Главное из них — интерпретация сверхсветового движения, наблюдаемого в некоторых джетах. Да-да, вы не ослышались: астрономы фиксируют компоненты джетов, которые, казалось бы, движутся быстрее света. Разумеется, это противоречит специальной теории относительности, поэтому было придумано элегантное объяснение — так называемый релятивистский бимминг, или эффект направленного излучения.
Суть в том, что если объект движется почти со скоростью света под малым углом к лучу зрения, возникает оптическая иллюзия сверхсветового движения. Математически всё сходится. Физически — возникают вопросы.
А что если это не иллюзия скорости, а иллюзия самой природы явления?
Когда цифры упрямо не сходятся
Вот вам несколько неудобных фактов, которые редко упоминаются в популярных статьях о квазарах.
Первое: энергетика джетов. Чтобы разогнать плазму до релятивистских скоростей и поддерживать стабильный поток на протяжении миллионов световых лет, требуется чудовищное количество энергии. Расчёты показывают, что даже самые массивные чёрные дыры с трудом могут обеспечить такой энергетический бюджет. Приходится вводить дополнительные допущения о сверхэффективном преобразовании гравитационной энергии — допущения, которые сами по себе требуют доказательств.
Второе: коллимация. Джеты остаются невероятно узкими на расстояниях в сотни тысяч световых лет. Представьте себе струю воды из шланга, которая не расширяется и не рассеивается на протяжении расстояния от Земли до ближайших звёзд. Магнитные поля, которые якобы удерживают джет в узком канале, должны быть настолько мощными и стабильными, что это само по себе становится отдельной проблемой. Откуда берётся эта стабильность? Каким образом поддерживается когерентность потока?
Третье: морфология. Многие джеты демонстрируют структуры, которые плохо объясняются моделью непрерывного релятивистского потока. Яркие узлы, резкие изгибы, области с аномальной поляризацией — всё это требует введения всё новых и новых эпициклов в и без того перегруженную модель.
И наконец, четвёртое: спектральные характеристики. Излучение джетов не всегда соответствует тому, что предсказывает модель синхротронного излучения релятивистских электронов. Есть аномалии, которые приходится объяснять сложными механизмами ускорения частиц непосредственно в джете — механизмами, которые сами нуждаются в объяснении.
Короче говоря, стандартная модель работает, но скрипит. И чем точнее становятся наблюдения, тем громче этот скрип.
Плазменные фокусы и магнитные иллюзии
А теперь давайте поговорим об альтернативах. Нет, не о фриковских теориях с YouTube, а о вполне респектабельных научных гипотезах.
Одна из них связана с плазменной космологией — направлением, которое рассматривает электромагнитные процессы как ключевой фактор в формировании крупномасштабных космических структур. Согласно этому подходу, джеты квазаров могут быть не столько потоками материи, сколько каналами электрического разряда — своего рода космическими молниями колоссального масштаба.
Звучит безумно? Возможно. Но плазменные разряды в лабораторных условиях демонстрируют поразительное сходство с морфологией космических джетов: филаментарную структуру, узлы повышенной яркости, способность сохранять коллимацию на больших расстояниях. И для этого не требуется привлекать релятивистские скорости.
Другая гипотеза предполагает, что джеты — это проявление топологических дефектов пространства-времени, связанных с квантовыми эффектами вблизи горизонта событий чёрной дыры. В этой модели то, что мы наблюдаем как поток материи, на самом деле является визуализацией искривлений геометрии пространства. Сама материя никуда не летит со скоростью света — она лишь подсвечивает невидимые иначе структуры.
Есть и более экзотические предложения, связывающие джеты с тёмной материей или даже с гипотетическими космическими струнами — одномерными дефектами, оставшимися от ранней Вселенной.
Конечно, все эти гипотезы имеют свои проблемы и недоработки. Но разве стандартная модель их не имеет? Разница в том, что проблемы стандартной модели принято не замечать, а проблемы альтернатив — выпячивать.
Альтернативные гипотезы, о которых не принято говорить
Позвольте мне рассказать о нескольких конкретных альтернативных моделях, которые заслуживают внимания.
Модель электродинамического ускорения Альфвена-Карлквиста предполагает, что ускорение частиц в джетах происходит не за счёт термодинамических процессов вблизи чёрной дыры, а благодаря распределённым электрическим полям вдоль всего джета. В этом случае скорости могут быть значительно ниже релятивистских, а наблюдаемое излучение объясняется другими механизмами.
Гипотеза магнитных пересоединений рассматривает джеты как области, где происходит массовая аннигиляция магнитного поля с высвобождением энергии. Это похоже на то, что происходит в солнечных вспышках, только в космических масштабах. Материя при этом может двигаться относительно медленно, а яркое излучение генерируется локально в точках пересоединения.
Интересно, что некоторые наблюдательные данные лучше согласуются именно с этими моделями, чем со стандартной картиной. Например, переменность излучения джетов — быстрые вспышки яркости, которые трудно объяснить в рамках модели непрерывного потока. Или поляриметрические аномалии — странные закономерности в поляризации излучения, указывающие на сложную структуру магнитных полей.
Но самое интригующее — это недавние наблюдения с помощью Телескопа горизонта событий, показавшие, что структура джета галактики M87 вблизи чёрной дыры не совсем соответствует предсказаниям стандартной модели. Угол раскрытия, распределение яркости, поведение магнитного поля — всё это заставляет теоретиков чесать затылки и добавлять новые параметры в свои модели.
Как там было у Птолемея с эпициклами? История, кажется, повторяется.
Наука как религия: почему мы боимся ересей
И тут мы подходим к самому интересному — социологии науки. Почему альтернативные гипотезы о природе джетов квазаров не получают должного внимания? Ответ прост и печален: современная академическая наука устроена так, что ереси не поощряются.
Грантовые комитеты охотнее финансируют исследования в рамках устоявшихся парадигм. Рецензенты с подозрением относятся к статьям, ставящим под сомнение основы. Молодые учёные, желающие сделать карьеру, быстро понимают, что безопаснее работать над уточнением деталей общепринятой модели, чем предлагать радикально новые идеи.
Это не заговор — это системная проблема. Наука превратилась в бюрократическую машину, которая эффективно производит нормальную науку (в терминах Томаса Куна), но активно подавляет революционную науку. Парадигмы меняются только тогда, когда накапливается критическая масса аномалий, игнорировать которые становится невозможно.
С джетами квазаров мы, возможно, приближаемся к такому моменту. Наблюдательные данные становятся всё точнее, аномалии — всё заметнее. Рано или поздно кому-то придётся признать, что король голый.
Или не придётся. Возможно, стандартная модель в конечном счёте окажется верной, просто требующей доработки. Наука — штука непредсказуемая. Но одно можно сказать точно: отсутствие серьёзной дискуссии об альтернативах — это не признак силы парадигмы, а признак её окостенения.
Великие учёные прошлого — Галилей, Эйнштейн, Вегенер — были еретиками своего времени. Они оспаривали очевидное, и оказались правы. Кто знает, может быть, через пятьдесят лет учебники астрофизики будут описывать джеты квазаров совсем иначе, чем сегодня. И студенты будут удивляться: как можно было так долго верить в эти наивные релятивистские модели?
А пока остаётся только наблюдать, думать и не бояться задавать неудобные вопросы. Потому что именно неудобные вопросы — двигатель настоящей науки. Всё остальное — просто карьера.
Космос велик, и наше понимание его ничтожно. Джеты квазаров — одни из самых впечатляющих объектов во Вселенной: потоки энергии, протянувшиеся на расстояния, которые невозможно осмыслить. И было бы странной самонадеянностью полагать, что мы уже разгадали их природу. Может быть, это действительно релятивистская плазма. А может быть — нечто совершенно иное, о чём мы пока не догадываемся. Единственный способ узнать правду — продолжать исследовать, сомневаться и не превращать научные гипотезы в священные догмы. Ведь догмы — удел религий, а наука должна оставаться честным поиском истины, какой бы неудобной она ни оказалась.