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.