Физическите лимити на космическия вакуум и плазмената среда
Когато разглеждаме разпространението на акустични вълни, първата инсталирана спирачка в съзнанието на класическия физик е плътността на средата. В междупланетното пространство средната плътност пада до няколко атома на кубичен сантиметър – там разграничението между вакуум и среда наистина се размива. В мащаба на галактическите клъстери обаче термодинамичната картина се променя коренно. Клъстерът Персей съдържа стотици галактики, потопени в колосален резервоар от горещ междугалактически газ (Intracluster Medium - ICM). Тази плазма, нагрята до десетки милиони келвина, има предостатъчно плътност, за да служи като ефективно преносно тяло за механични вълни.
Тук не става дума за метафори. Изследването на акустиката в подобни среди изисква изоставяне на романтичните представи за "звуци, които отекват". Говорим за директна конверсия на гравитационна и кинетична енергия в сгъстявания и разреждания на йонизирания газ. Всяка свръхмасивна черна дупка акретира материя, но процесът далеч не е организирано „поглъщане“. Част от тази маса се изхвърля през релативистки струи (джетове), движещи се с скорости, близки до тази на светлината. Когато тези струи се врязват с невъобразима сила в околната плазма, те избуртват междугалактическата среда настрани, образувайки гигантски кухини с диаметър от десетки хиляди светлинни години.
Анатомията на една акустична кухина: Данните от обсерваторията „Чандра“
През 2003 г. екип от астрофизици, воден от Андрю Фабиан (Andrew Fabian) от Института по астрономия в Кеймбридж, обработва рентгеновите снимки от телескопа „Чандра“. Спектралният анализ и специалните филтри за контраст разкриват концентрични пръстени в плазмата на Персей – периодични варирания в плътността и температурата на газа. Това са вълни на налягане. Кухините, издълбани от джетовете, действат като бутала на колосален високоговорител: при разширяването си те изпращат ударни вълни през плазмата, които се разпространяват навън в продължение на милиарди години.
При изчисленията на честотата се разкрива абсурдността на мащаба. Тонът, излъчван от черната дупка в центъра на Персей, е си бемол (B-flat), но разположен на точно 57 октави под средно „до“ (C4). За сравнение, най-ниската нота на стандартно пиано е само три октави под средното „до“. Честотата на този космически инфразвук е приблизително 10 microHz, което съответства на период на трептене от около 10 милиона години. Разстоянието между гребените на две съседни вълни на налягане е от порядъка на 30 000 светлинни години – диаметър, съпоставим с една трета от Млечния път.
Това изглежда абсолютно логично на хартия, но съществува сериозен физически проблем с директната интерпретация. Тъй като ухото на човек реагира на честоти между 20 Hz и 20 000 Hz, понятието „слушане“ тук е фундаментално неприложимо. Дори ако някой хипотетичен наблюдател бъде поставен в средата без защитно оборудване (което само по себе си е смъртоносно заради рентгеновото лъчение и липсата на налягане), амплитудата и честотата на тези вълни няма да задействат тимпаничната мембрана. Те просто ще изместят цялото тяло заедно с околната среда в мащаб, който човешката биология не регистрира като звук, а като бавна гравитационна и хидродинамична деформация.
