Некоторые звезды в конце жизни сжимаются еще сильнее, до размера всего нескольких десятков километров. Такие сверхплотные объекты называют нейтронными звездами. Стартовая скорость на их поверхности превосходит 100 тысяч км/с. Ни одна ракета с такой скоростью не летает, однако частицы света, фотоны, движутся со скоростью 300 тысяч км/с и легко покидают поверхность белого карлика и даже нейтронной звезды. Поэтому мы и видим эти космические тела в телескоп.

А вот если звезда сжимается всего до нескольких километров – и именно так происходит с наиболее массивными звездами, – получается та самая черная дыра. На ее поверхности стартовая скорость превышает 300 тысяч км/с, поэтому даже свет не может от нее улететь. Заметить присутствие черных дыр можно лишь по тому, как сильно они притягивают к себе все окружающие тела.

Вблизи черных дыр многое становится непривычным для нас, например замедляется ход времени. Поэтому ученые так стремятся их изучить.

Никуда не девается, а там и остается. Ведь черная дыра – это не мусоропровод, не туннель, не отверстие из одного места в другое, а просто очень массивный и компактный объект, который все к себе притягивает и ничего не отпускает. На самом деле свойства черных дыр пока изучены лишь теоретически. Создать черную дыру в лаборатории, чтобы изучить ее на практике, невозможно: пришлось бы сжать целую гору до размера много меньше атома. Поэтому астрономы ищут черные дыры в космосе, где они должны образовываться сами при сжатии массивных умирающих звезд. Несколько таких кандидатов в черные дыры уже обнаружено. Но чтобы надежно доказать, что это именно они, и тем более детально их изучить, возможностей современных телескопов недостаточно. Сейчас строятся более зоркие телескопы, которые помогут это сделать.

Еще одна загвоздка заключается в самом свойстве черной дыры – ничего от себя не отпускать. Астрономы изучают приходящие от небесных объектов электромагнитные лучи: свет, радиоволны, инфракрасное и рентгеновское излучения. А из черной дыры они выйти не могут. Поэтому ученые вынуждены изучать вещество, находящееся рядом с черной дырой, и по его поведению судить о свойствах самой черной дыры. Например, если частицы света – фотоны – пролетают недалеко от черной дыры, они под действием ее притяжения меняют направление своего полета, поэтому наблюдаемое астрономом изображение объекта, находящегося за черной дырой, сильно искажается. Похоже на то, как если бы мы рассматривали объект сквозь плохо обработанную линзу. Астрономы так и называют это явление – эффект гравитационной линзы. Степень искажения картинки может рассказать нам о том, много ли вещества в недрах черной дыры и как оно там движется. Создавая все более зоркие телескопы, астрономы надеются детально изучить эти явления и понять, как устроены черные дыры.

Наша галактика – это гигантское скопление звезд, к которому принадлежит и Солнце с его планетной системой. На русском языке мы называем нашу галактику просто Галактикой (с большой буквы), а на английском обычно пишут Milky Way galaxy или просто Milky Way (Млечный Путь). Это и понятно, ведь Млечный Путь, пересекающий светлой полосой ночное небо, есть не что иное, как множество далеких звезд Галактики, поодиночке не различимых невооруженным глазом. Подсчитать точное количество звезд в Галактике очень сложно; пока лишь приблизительные оценки астрономов показывают, что их около 300 миллиардов. Иными словами, на каждого жителя Земли приходится по 40 «персональных» звезд.

Форма Млечного Пути говорит о том, что большинство звезд сосредоточено в диске, где находится и наше Солнце. Диаметр звездного диска Галактики примерно 100 тысяч световых лет. В его центре звезды расположены гораздо плотнее, чем на периферии. Почти все звезды обращаются по орбитам вокруг центра Галактики в одном направлении, подобно планетам, движущимся вокруг Солнца. Само Солнце с планетами тоже движется по орбите вокруг центра Галактики на расстоянии около 25 тысяч световых лет от него. Скорость движения Солнца по его галактической орбите – около 220 км/с, но расстояние до центра Галактики так велико, что на один оборот вокруг него Солнцу требуется около 220 миллионов лет. В самом центре Галактики находится плотное звездное скопление – ядро, в середине которого, по-видимому, расположена черная дыра массой около 4 миллионов масс Солнца.

Пространство между звездами не совсем пустое: оно заполнено очень разреженным межзвездным веществом; в основном это газ (водород и гелий) с небольшим количеством очень мелких твердых частиц – пылинок. В некоторых местах галактического диска плотность межзвездного вещества повышена в десятки и даже сотни раз – это облака, почти не прозрачные для света; они легко различимы как темные пятна на фоне Млечного Пути. В самых плотных облаках под действием гравитации разреженное вещество собирается в комочки, уплотняется и нагревается, постепенно превращаясь в звезды.

Наша Галактика не единственная: недалеко от нее, на расстоянии 2 миллионов световых лет, находится другая гигантская звездная система – Туманность Андромеды, очень похожая на нашу. А если заглянуть еще дальше, на миллиарды световых лет, куда дотягиваются наши телескопы, то мы обнаружим, что все пространство Вселенной заполнено галактиками, которых миллиарды и миллиарды. Многие из них похожи на нашу и на Туманность Андромеды – это вращающиеся звездные диски, часто со спиральным узором, протянувшимся от центра к краю диска, поэтому их называют спиральными галактиками. По своим размерам и количеству звезд они не особенно сильно отличаются от нашей Галактики. Но нередко встречаются и шарообразные или эллипсовидные галактики без спирального узора, но с уплотнением к центру; их называют эллиптическими галактиками. По своим размерам и массам они более разнообразны, чем спиральные системы: есть эллиптические галактики-карлики, состоящие из нескольких миллионов звезд, а есть гиганты, содержащие тысячи миллиардов светил. Но в эллиптических галактиках очень мало межзвездного вещества и поэтому мало молодых звезд; порою их вовсе нет.

Кроме спиральных и эллиптических галактик встречаются звездные системы неопределенной, «лохматой» формы; их называют неправильными или иррегулярными (от англ. irregular). Среди них изредка попадаются крупные объекты, и почти всегда это результат столкновения двух спиральных галактик или же спиральной и эллиптической. Но большинство неправильных галактик – мелкие звездные системы, богатые межзвездным газом. Очень часто они, как спутники, окружают значительно более крупные спиральные и эллиптические системы. Например, вокруг нашей Галактики вьется около полусотни спутников: и довольно крупные – Магеллановы облака, и очень мелкие, состоящие всего из нескольких тысяч звезд.