Текст книги "Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы"
Автор книги: Хайно Фальке
сообщить о нарушении
Текущая страница: 10 (всего у книги 22 страниц) [доступный отрывок для чтения: 10 страниц]
7
Галактический центр
Однако в первый раз я подпал под чары черных дыр не в аудитории, а после прочтения в журнале Spektrum der Wissenschaft (немецкое издание Scientific American) статьи Чарлза Таунса и Рейнхарда Гензеля. Эти ученые предположили, что одна из потрясающих сверхмассивных черных дыр с массой примерно в два миллиона масс Солнца может скрываться даже в центре нашего Млечного Пути[96]96
Charles H. Townes and Reinhard Genzel. Das Zentrum der Galaxis. // Spektrum der Wissenschaft, June 1990. https://www.spektrum.de/magazin/das-zentrum-der-galaxis/944605.
[Закрыть].
Я был заинтригован. Из статьи я понял, что в астрономии происходит много интересного. Я подумал тогда, что хотя физика элементарных частиц – тоже увлекательная область, но она развивается не с такой скоростью, как астрономия. (Там все упиралось в трудности строительства и дороговизну больших ускорителей частиц: должны были пройти десятилетия, прежде чем их построят и они начнут выдавать результаты.) Черная дыра в центре нашей собственной Галактики – эта фантастическая идея сразу же захватила меня.
Еще одним стимулом стало соображение о том, что гравитация была последней до сих пор не совсем понятой силой, которая упорно сопротивлялась любой попытке объединить ее с другими силами природы. Гравитация – самый большой камень преткновения на пути создания единой теории, объединяющей теорию относительности с квантовой физикой. О единой теории я, по правде говоря, и понятия тогда не имел, но подумал, что стоило бы попробовать заняться ее поисками и, возможно, добавить свой небольшой кирпичик в общее здание физики. Когда вы планируете построить дом, очень полезно знать, чего именно вы хотите. С планированием карьеры дело обстоит точно так же: вы должны знать, чем хотите заняться. Я решил, что если и есть место, где происходит нечто захватывающее, то оно определенно находится на границе, отделяющей черную дыру от окружающего ее пространства.
Это было время искателей приключений. Я тогда уже перешел в Радиоастрономический институт Макса Планка в Бонне, где мне выделили крошечный офис, который я делил с двумя коллегами (один из наших трех столов даже не помещался в комнате и вылезал в коридор). Для моей последней студенческой работы Питер Бирманн выбрал теоретическую задачу о звездном ветре – может ли ветер, аналогичный известному нам звездному ветру, сдувающему вещество с поверхности звезд, дуть в космос с аккреционного диска квазара? Это удивительно, но вращающиеся вокруг сверхмассивных черных дыр диски материи имеют много общего с горячими сплюснутыми звездами, и, в частности, высокое давление света тоже должно было бы сдувать внешние слои вещества с диска. Мы видели, как экстремально сильные ветры, дующие с очень горячих звезд, уносят в космос большое количество материи. В случае с черными дырами надо еще учитывать, что свет отклоняется и фокусируется искривленным пространством. И я рассчитал, как движется газ в свете квазаров и как черные дыры в их центре отклоняют свет.
Это была чрезвычайно интересная для меня тема, и эффект позже был действительно обнаружен, но в то время задача выглядела чисто теоретической. В 1992 году я начал работу над докторской диссертацией на ту же тему. Однажды к нам в Бонн приехал Питер Стритматтер – директор обсерватории Стюарда в Аризоне, тесно сотрудничавший с моим научным руководителем. Он собирался обсудить с боннскими коллегами постройку нового субмиллиметрового радиотелескопа в Аризоне. Я с гордостью рассказал ему о своем проекте. Он вежливо меня выслушал, стараясь особо не зевать. Надо признаться, что он был не единственным, кто реагировал на этот проект подобным образом. Было похоже, что моя тема никого не интересовала.
И тем не менее для меня 1992 год стал переломным, полностью изменившим мою жизнь. Тогда произошли два важнейших события: наша дочь впервые увидела свет этого мира – и в центре Млечного Пути новый мир впервые раскрылся для нас.
Черное cердце Млечного Пути
Как только были открыты квазары и появилась идея о черных дырах, люди начали размышлять о том, что из этого следует. Если на расстоянии миллиардов световых лет в первые бурные годы существования космоса в центрах галактик находились гигантские черные дыры, то не могли же они за прошедшее с тех пор время просто исчезнуть? И если есть несколько галактик с черными дырами, то почему бы черной дыре не скрываться в каждой из галактик?
Вскоре астрономы начали замечать некоторые любопытные явления, происходящие в центрах соседних с нами галактик, находящихся на расстоянии всего 50 миллионов световых лет. Казалось, что их ядра ярко светились и извергали плазму, излучающую в радиодиапазоне. Вокруг их центров вращался горячий светящийся газ. Эти замечательные галактики, известные с 1940‐х годов, были названы сейфертовскими галактиками – в честь их первооткрывателя Карла Сейферта. Так не были ли и в этих процессах замешаны черные дыры? В 70‐е и 80‐е годы астрономы собрали целый “зверинец” галактик, которые подозревались в том, что они прячут у себя черные дыры. Все их назвали активными галактиками (то есть галактиками с активными галактическими ядрами [АЯГ]). Область астрономии, которая была занята исследованиями этих галактик, просто бурлила активностью. Перед астрономами встал естественный вопрос: а не скрывается ли один из этих сверхтяжелых монстров и в центре нашего Млечного Пути?
Британские астрофизики Дональд Линден-Белл и Мартин Рис, выдвинувшие в 1971 году данную гипотезу, предсказали, что континентальный радиоинтерферометр со сверхдлинной базой – РСДБ – мог бы обнаружить в нашем галактическом центре компактный радиоисточник, похожий на черную дыру.
Радиоастрономы немедленно приступили к поиску, и всего три года спустя Брюс Балик и Роберт Браун с помощью радиоинтерферометра в Грин-Бэнк (Западная Вирджиния) действительно обнаружили такой объект в центре нашего Млечного Пути. При этом они опередили команду Рона Экерса и Миллера Госса из Университета Гронингена буквально на полшага. Экерс и Госс сопоставили данные интерферометра в Оуэнс-Вэлли (Калифорния) с данными совершенно нового радиоинтерферометра, построенного на территории бывшего концлагеря в Вестерборке в Нидерландах, и подтвердили существование таинственного радиообъекта.
Этот новый радиоисточник расположен в центре области, называемой Стрелец А, и считается сердцем Млечного Пути, то есть галактическим центром. Это, бесспорно, самый яркий радиоисточник в созвездии Стрелец. Второй по яркости радиоисточник – Стрелец В. Даже спустя несколько лет после открытия Балика и Брауна ученые в своих статьях все еще называли его “компактным радиоисточником в галактическом центре”. В конце концов Роберту Брауну это надоело и он придумал для него аббревиатуру – Стрелец А*. Звездочка означала только то, что это очень необычный объект. А поскольку астрономы ленивы и не любят печатать длинные названия, то они сократили название еще больше – до Sgr A* (Sag A*)[97]97
Произносится как “Садж А стар”.
[Закрыть]. (Методика присвоения названий в астрономии может заставить научных журналистов нас ненавидеть, но мы, астрономы, находим ее совершенно естественной и абсолютно нормальной.)
Вскоре ученые – в надежде получить более четкие изображения – провели измерения Sgr A* с помощью сети радиотелескопов РСДБ, но их постигло разочарование. Объект выглядел совершенно неинтересно: почти круглое, слегка сплющенное пятно. Мы и представить не могли, что черная дыра такая невзрачная. В последующие годы для получения изображения использовались все более высокие частоты, с помощью которых радиоастрономы надеялись получить значительно более четкие изображения. Но они опять смогли разглядеть только несимметричное пятно, хотя и меньшего размера. А затем их осенило: для радиочастотного излучения Млечный Путь играл роль как бы гигантского матового стекла, из‐за чего четкие контуры объектов казались размытыми. Мы видели лишь расфокусированное изображение того, что происходило в центре Млечного Пути, поскольку горячий газ и пыль в галактическом диске не давали нам получить по‐настоящему четкое изображение. Какое разочарование!
В еще большей степени это относилось к видимому свету. Густые газопылевые облака в диске нашего Млечного Пути не только рассеивали видимый свет, как они это делали и с радиоизлучением, но и полностью поглощали его, блокируя любую возможность заглянуть “за занавес”. Так неужели же Млечный Путь сохранит свою тайну навсегда?
Я как раз приступил к своей докторской диссертации, когда этот занавес неожиданно приподнялся. Астрономы из разных городов Германии организовали в Бонне минисеминар, где рассказали о своих последних, еще неопубликованных, открытиях, касающихся нашего галактического центра. Я пришел в необыкновенное возбуждение.
В 1988 году группа исследователей под руководством бывшего директора боннского Радиоастрономического института Петера Мезгера и его коллеги Роберта Зилки впервые провела измерения Sgr A* на длине волны 1,3 миллиметра. (Это тот самый диапазон миллиметровых волн, который мы позже использовали для получения нашего изображения.) Правда, в распоряжении ученых был только один телескоп и они не смогли получить четких изображений Sgr A*, но у них создалось впечатление, что в этом диапазоне он сиял на удивление ярко. Но еще более удивительным оказалось то, что на более высоких частотах, в дальнем инфракрасном диапазоне, интенсивность излучения резко падала и его уже невозможно было зарегистрировать. Так что же создавало это излучение миллиметрового диапазона? Ультрагорячий газ вблизи черной дыры или просто далекое теплое облако пыли?
В 90‐е годы сотрудники Института Макса Планка в Бонне совместно с сотрудниками обсерватории Хейстек в Массачусетском технологическом институте провели пионерское исследование по использованию интерферометра РСДБ в диапазоне миллиметровых волн. А мой боннский коллега Томас Кричбаум как раз перед семинаром провел первые РСДБ-измерения Стрельца А* на частоте 43 ГГц, то есть на длине волны 7 миллиметров, и его новые результаты обсуждались на семинаре. Это были самые четкие изображения данного объекта на самых коротких длинах волн из всех когда‐либо полученных. Влияние матового стекла на излучение уменьшается квадратично с уменьшением длины волны, и похоже было, что в конце концов мы сумеем увидеть нечто более интересное, чем просто размытое пятно. На фотографиях Кричбаума у пятна появилась небольшая выпуклость, вытянутая в одном направлении. Не было ли это расплывчатым изображением небольшого плазменного джета, похожего на те, что вылетали из больших квазаров?
Но главным событием семинара оказались впечатляющие результаты, полученные группой под руководством Рейнхарда Гензеля из Института внеземной физики имени Макса Планка в Гархинге – городке, расположенном недалеко от Мюнхена. Гензель и Андреас Эккарт направили камеру ближнего инфракрасного диапазона на галактический центр. (Такие камеры используют обычно для ночных съемок, потому что они позволяют видеть невидимое человеческому глазу тепловое излучение. Этот свет имеет гораздо большую длину волны, чем свет, который видит наш глаз, и ему легче проникнуть сквозь пыльную завесу нашей Галактики.) И внезапно темный центр Галактики озарился ярким светом. Но было ли это свечением черной дыры?
Светящееся пятнышко выглядело очень размытым, потому что свет звезд исказился в атмосфере Земли. Когда свет проходит через слои воздуха, предварительно проделав долгий путь сквозь пространство, он начинает мерцать. (Мы можем наблюдать этот эффект в жаркий летний день, когда в воздухе, поднимающемся от раскаленной мостовой, образуются слои с разными коэффициентами преломления и проходящий через них свет начинает мерцать, а очертания всех предметов, на которые мы сквозь эти слои смотрим, искажаются.) Подобным же образом, только в больших масштабах, атмосфера искажает свет звезд. На Земле создается впечатление, будто звезды мерцают, но если смотреть на них из космоса, мерцание полностью исчезает. Вот почему космические телескопы так важны для исследований. И все же искажения, вызванные атмосферой Земли, влияют на ближний инфракрасный свет не так сильно, как на видимый.
Гензель и Эккарт придумали способ получения четких изображений с Земли. Вместо того чтобы использовать длинную выдержку, они провели замедленную видеосъемку галактического центра. С ее помощью им удалось запечатлеть дикий танец этого пятна света. В каждом отдельном кадре звезда выглядела застывшей, но затем они в компьютере корректировали ее скачки туда-сюда, ловко накладывая изображения друг на друга. Пятно в ближнем инфракрасном диапазоне становилось все более и более четким и в конце концов разрешилось на двадцать пять разных звезд. Значит, свет исходил не от черной дыры. Тем не менее одна из этих слабосветящихся точек находилась очень близко к Sgr A*. Был ли это долгожданный радиоисточник? Мы все ужасно разволновались.
Астрономы долгое время охотились за черной дырой в различных диапазонах волн, но снова и снова объект, который они принимали за Стрельца А*, оказывался простой звездой. Спустя годы выяснилось, что и в данном случае это была звезда. Если бы Стрелец А* был черной дырой, он действительно выглядел бы очень темным почти на всех длинах волн, кроме волн радиочастотного диапазона.
Хотя многое из того, что представили в тот день на семинаре, было лишь предположениями и впоследствии оказалось не совсем правильным, я проникся тогда уверенностью, что на наших глазах приоткрывается тайна черных дыр. И у меня возникло ощущение, будто мы смотрим через стекло на что‐то пусть и темное, но стоящее прямо перед нами.
Первые сомнения
Увидев новые РСДБ-изображения галактического центра, мой профессор спросил моего сокурсника Карла Мангейма (который впоследствии стал профессором в Вюрцбурге) и меня, нельзя ли объяснить такой вид галактического центра тем, что из него вылетают струи, как из квазара. “Поиск ответа займет у вас всего одну-две недели”, – добавил он с хитрой усмешкой. Было похоже, что мой постоянно путешествующий научный руководитель диссертации очень заинтересовался этой темой. И даже его коллега Питер Стритматтер, когда вернулся из Аризоны, выслушал то, что я ему рассказал, весьма внимательно.
Итак, я отложил в сторону задачу про звездный ветер квазара и с головой ушел в работу над изображением Стрельца А*. Две недели превратились в тридцать лет, но моя работа до сих пор не закончена. Похоже, я никогда больше не вернусь к первоначальной теме моей диссертации.
Так что же такое Стрелец А*? Что заставляет его светиться? Это действительно черная дыра, то есть миниквазар? Но Стрелец А* был всего лишь слабым огоньком! Если бы мы поместили в центр нашего Млечного Пути квазар 3C 273, он бы светил в сорок миллиардов раз ярче, чем тот огонек, который мы видим там сейчас. Разве можно даже сравнивать эти два объекта?
Мы использовали простую модель, которую Роджер Блэндфорд – один из ведущих астрофизиков-теоретиков мирового класса – вместе со своим докторантом Арье Кениглом в 1979 году использовал для описания радиоизлучения джетов в квазарах, и лишь добавили в нее возможность регулирования мощности этих плазменных струй. Мы, образно говоря, снабдили модель квазара педалью газа.
Можно представить себе космические джеты в виде струй, вылетающих из сопла реактивного двигателя самолета. Там горячий газ ускоряется и выбрасывается из сопла на высокой скорости. Чем больше пилот нажимает на газ, тем более мощной становится тяга этих двигателей, тем громче они ревут и сильнее раскаляются. В нашей модели квазара двигатель формировали сильные магнитные поля, а мощность его определялась тем, сколько материи поглотила черная дыра. Если хотя бы процентов десять той энергии, которая производится при падении материи внутрь черной дыры, превратились в магнитные поля и джеты, это могло бы объяснить яркое радиоизлучение квазаров. Поскольку черные дыры – вообще‐то относительно простые существа, мы не понимали, чем Стрелец А* может принципиально отличаться от своих гораздо более ярких братьев и сестер.
Квазары съедают примерно по одному Солнцу в год. Если бы наша черная дыра поглощала даже в десять миллионов раз меньшую массу, этой энергии все равно хватило бы для производства наблюдаемого радиоизлучения Стрельца А*. И в таком случае можно было бы сказать, что наш галактический центр – черная дыра, сидящая на голодной диете. Хотя определение голодная тут вряд ли уместно, поскольку рацион, составляющий одну десятимиллионную массы Солнца, это все равно целых три Луны в год. Любая маленькая звездная черная дыра, которых в Млечном Пути сотни миллионов, лопнула бы от такого количества[98]98
Когда слишком много вещества падает на черную дыру, возникает такое сильное излучение, что газ сдувается его радиационным давлением. Максимальный предел аккреции массы называется пределом Эддингтона.
[Закрыть].
Мы также смогли в своей модели объяснить размер радиоисточника, поскольку из‐за его минимальной мощности струя радиоплазмы была не больше, чем измеренная Кричбаумом с помощью РСДБ. Этот джет поместился бы внутри земной орбиты – сущий пупырышек по сравнению с джетами квазаров. Неудивительно, что на расстоянии 27 000 световых лет его было не очень хорошо видно.
Мы отправили нашу теоретическую работу в академический журнал Astronomy & Astrophysics одновременно с работой Кричбаума по наблюдениям с помощью радиоинтерферометра со сверхдлинной базой. Но тут мне пришло в голову, что осталась одна странность. В нашей модели радиоизлучение было подобно радуге – излучение различных частот спектра исходило из точек, расположенных на разном расстоянии от центра. Модель предсказывала, что по мере уменьшения длины волны источник этого радиоизлучения должен приближаться к черной дыре. На длине волны 7 миллиметров, которую Кричбаум только что использовал в своих измерениях, плазма все еще исходила из источника, расположенного на расстоянии одной астрономической единицы от черной дыры, то есть примерно на расстоянии от Земли до Солнца. Но при длине волны 1 миллиметр и короче источник радиоизлучения должен был бы находиться непосредственно в окрестности горизонта событий. Если перейти на язык цветов обычной радуги, это радиоизлучение должно соответствовать фиолетовому цвету самой внутренней дуги.
Значит, обнаруженное Мезгером и Зилкой излучение на длине волны примерно 1 миллиметр исходило непосредственно из окрестности горизонта событий? В пользу этой гипотезы говорил тот факт, что излучение как бы исчезало при переходе к еще более коротким длинам волн. Газ там больше не светился, потому что он уже исчезал за горизонтом событий?
Высказав Кричбауму свои соображения, я задал ему вопрос: возможно ли провести РСДБ-эксперимент на этих частотах, чтобы увидеть горизонт событий? Он с улыбкой ответил: “Да, мы, конечно, очень хотели бы провести такой эксперимент, но, к сожалению, Земля для этого недостаточно велика”.
В 1979 году Общество Макса Планка вместе с Национальным центром научных исследований во Франции и Национальным институтом географии в Испании основало новый институт – Институт миллиметровой радиоастрономии (IRAM) в Гренобле. В его распоряжении оказались два новых телескопа миллиметрового диапазона в Испании, а Боннский институт Макса Планка в кооперации с местным университетом построил третий телескоп в Аризоне. Предполагалось, что эти радиоантенны можно будет соединять для проведения РСДБ-экспериментов. Но для получения качественных изображений телескопов все еще не хватало. Кроме того, по словам Кричбаума, черная дыра в центре Млечного Пути была слишком маленькой – как и большинство остальных. Даже с помощью телескопа размером с Землю на такой длине волны увидеть ее горизонт событий с достаточной четкостью было бы невозможно. “Жаль”, – подумал я, но с тех пор эта идея засела у меня в голове, и я с ней так и не распрощался.
Молчаливое большинство
Моя докторская диссертация, скомпонованная из пяти разных статей в академических журналах, была полностью готова летом 1994 года, после двух лет лихорадочной работы. Я назвал ее “Голодные дыры и активные ядра”. Да, черные дыры именно “голодные”, потому что, вопреки общему мнению, большинство их – вовсе не дико прожорливые монстры. Они очень хорошо воспитаны и едят только то, что им подают. Мы воображаем их гигантами, но в масштабах галактики это просто маленькие птенчики. И, как и все птенцы, черные дыры должны сидеть в своем гнезде и ждать, пока мать-галактика не накормит их пылью и звездами. Если этого не происходит, они чахнут, становятся темными и тихими и перестают расти – совсем как Стрелец А*. Но никогда не умолкают навеки.
В своей диссертации я развил тезис о том, что плотное радиоизлучение черных дыр всюду подчиняется одному и тому же принципу: это излучение горячего газа, выбрасываемого магнитными полями с внутреннего края аккреционного диска в виде джетов. Струи, вылетающие из черной дыры, и газ, падающий в черную дыру из аккреционного диска, тесно связаны друг с другом и практически не могут существовать по отдельности. Должно выполняться универсальное соотношение между аккрецией диска и тем, что выбрасывается в виде джета. Говоря попросту, чем меньше попадает внутрь, тем меньше и выбрасывается[99]99
Heino Falcke and Peter L. Biermann. The Jet-Disk Symbiosis. I. Radio to X-ray Emission Models for Quasars. // Astronomy and Astrophysics 293 (1995): 665–82. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1995A&A…293..665F.
[Закрыть].
На изображениях черных дыр в радиодиапазоне они выглядят как изрыгающие огонь драконы. Некоторые из них невероятно мощные и выбрасывают гигантские струи огня на огромные расстояния. Другие – слабые и вялые, и из их уст вылетает лишь легкое дуновение. Но почти все они производят струи, и в этом отношении квазары-обжоры-экстраверты ничем не отличаются от голодающих отшельников нашего Млечного Пути и соседних галактик. Да, с помощью этих джетов можно объяснить даже радиоизлучение маленьких звездных черных дыр. Просто важно сосредоточиться на излучении в непосредственной близости от основания джета (глотки) и не отвлекаться на наблюдения за гигантскими огненными плазменными струями. Вы должны точно знать, где искать.
Наконец, в моей диссертации утверждалось, что одни и те же физические законы работают в квазарах, звездных черных дырах и галактическом центре. Или, научно выражаясь, черные дыры масштабно-инвариантны и в окрестности их горизонтов событий всегда выглядят одинаково – неважно, малы они или велики. Оказывается, черные дыры невероятно предсказуемы. У них нет ни волос, ни неврозов, ни прыщей. Почему же тогда то, что происходит в непосредственной близости от черных дыр, не должно выглядеть одинаково для каждой из них – по крайней мере, когда вы заглядываете им прямо в глотку[100]100
Heino Falcke and Peter L. Biermann. The Jet/Disk Symbiosis. Iii. What the Radio Cores in GRS 1915+105, NGC 4258, M 81, and SGR A* Tell Us About Accreting Black Holes. // Astronomy and Astrophysics 342 (1999): 49–56. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/1999A&A…342…49F.
[Закрыть]?
Большинство черных дыр не особенно привлекают к себе внимание. Я когда‐то назвал их “молчаливым большинством”, потому что они похожи на людей: лишь немногие избранные покидают свою скорлупу и становятся публичными личностями, звездами (такие ведут себя эксцентрично, и все с интересом наблюдают за ними), в то время как остальные предпочитают не высовываться. И вот в 90‐е, после шумихи, поднятой вокруг квазаров, фокус интереса к черным дырам даже в средствах массовой информации сместился на среднестатистического представителя этого космического народа. А инициатором такого сдвига общественного внимания стал космический телескоп “Хаббл”.
Этот телескоп, обошедшийся во много миллиардов долларов, был запущен в космос в 1990 году и первое время вызывал только негативную реакцию, потому что его зеркало изначально было неправильно отшлифовано. Но в ходе драматической спасательной операции, проведенной в космической обсерватории, астронавты установили на “Хаббл” корректирующую оптику (“очки”). После этого телескоп смог получить изображения центров соседних с нами галактик с невиданной ранее четкостью, и его измерения подтвердили то, что предположили астрономы, когда рассматривали изображения, полученные с помощью земных телескопов: в других галактиках звезды тоже обращались с необычно высокой скоростью вокруг своих галактических центров. Но немедленно возник вопрос: находились ли и в центрах этих галактик черные дыры?
Ученые осторожно называли их “массивными темными объектами”, или МТО, но хорошо отлаженная рекламная машина НАСА регулярно заваливала нас пресс-релизами, в которых сообщалось, что телескоп “Хаббл” еще раз (естественно, всегда в самый первый!) нашел некую черную дыру в некой галактике. Позже аналогичным образом будет сообщаться об обнаружении воды на Марсе или о планете, похожей на Землю, которую НАСА опять открыло, – и опять впервые. Разумеется, телескоп “Хаббл” обнаружил не черную дыру, а только газ и звезды, окружающие черную дыру на большом расстоянии от нее.
В конце мая 1994 года из НАСА поступило одно из таких первых сообщений об успешной находке, и меня пригласили на радиостанцию Westdeutscher Rundfunk поучаствовать в молодежной программе Riff: Der Wellenbrecher и рассказать об этом. Прямой эфир был назначен на тот же день, что и защита моей диссертации, а следовательно, я – новоиспеченный доктор наук – должен был сразу после защиты бежать в радиостудию, чтобы успеть к началу передачи. Молодая модераторка немного нервничала, так как никогда раньше не брала интервью у физиков, ну а я никогда раньше не давал интервью в прямом эфире на радио. Но разговор прошел гладко, и передача закончилась прежде, чем мы успели это осознать. И я, и ведущая испытали большое облегчение.
Темой для интервью послужили наблюдения телескопа “Хаббл” галактики M87. Эта галактика была одной из тех “туманностей”, которые Шарль Мессье обнаружил в процессе своих изысканий, проводимых в парижском Отеле Клюни. Гебер Кёртис – сторонник теории островных вселенных – обнаружил странную яркую черточку, которая была направлена наружу из центра этой галактики. В 1970–1980‐е годы радиотелескопы помогли выяснить, что эта черточка представляет собой плазменный джет, движущийся почти со скоростью света, – точно такой же, как джеты, обнаруженные в квазарах и радиогалактиках, только значительно более слабый.
Во время радиоинтервью я рассказал, как космический телескоп “Хаббл” установил, что в центре галактики M87 находится объект с невероятно большой плотностью и массой порядка двух миллиардов масс Солнца и что это скорее всего черная дыра. Она была в тысячу раз тяжелее центральной черной дыры в нашем Млечном Пути. Девушка-модератор была несколько ошарашена этими цифрами, и даже мне они казались нереально большими. Я подумал, что американцы, конечно, любят немного преувеличивать свои открытия… возможно, и в этом случае они поступили так же. Но, определенно, это было нечто действительно огромное.
Правда, при такой массе черная дыра в М87 была бы в тысячу раз больше, чем Стрелец А*, но поскольку М87 находилась в две тысячи раз дальше, то горизонт событий ее черной дыры казался бы нам в два раза меньше, чем горизонт событий черной дыры в центре Млечного Пути. И однако даже последний был слишком мал для измерения. “Обидно, – думал я, – немного не хватает разрешения, но с этим ничего не поделаешь”. А ведь галактика M87 имела яркое компактное радиоядро, которое было бы удобно наблюдать даже на коротких волнах.
Если вы хотите увидеть черные дыры, вы должны осветить их окрестности. Так что, безусловно, было бы полезно понять, и откуда взять свет, и какой именно свет лучше всего подходит для этой цели. Но тут неожиданно вспыхнул ожесточенный спор о происхождении радиоизлучения голодающих черных дыр. Американский астрофизик Рамеш Нараян из Гарвардского университета, изучавший голодающие черные дыры, утверждал, что, в отличие от квазаров, в которых большая часть энергии излучается вовне, в черных дырах основная часть энергии почти незаметно исчезает вместе с сильно нагретым газом.
В этом вопросе я в конце концов согласился с Нараяном. Однако по другому пункту наши взгляды сильно разошлись. В его модели предполагалось, что источником радиоизлучения из галактического центра является газ из аккреционного диска, который вскоре должен исчезнуть в черной дыре. В нашей же модели радиоволны излучало вещество, которое только что смогло покинуть край черной дыры в джете. В случае с М87 мы даже смогли увидеть подобный джет непосредственно на изображении центра этой галактики в радиодиапазоне. Тогда почему наш галактический центр должен вести себя иначе? Мы считали, что наша модель справедлива для всех черных дыр.
Это была борьба неравных противников: в одном углу стоял известный профессор из Гарварда, а в другом – молодой аспирант. К счастью, организаторы конференций больше всего на свете любят интересную академическую полемику, так что меня снова и снова приглашали обсудить эту тему. Но кто из нас был прав? Как мы могли уладить спор? Одно было ясно: нам нужны новые данные в радиодиапазоне, причем прежде всего – от других “голодающих гигантов”!
К сожалению, в радиодиапазоне были доступны только очень ограниченные или устаревшие данные. И мало-помалу, чтобы проверить свою модель, я сам начал проводить наблюдения. Я подал заявки на проведение наблюдений на телескопах VLA (Очень большой антенной системе) в Нью-Мексико, VLBA (Антенной системе со сверхдлинными базами) и на нашем собственном телескопе в Эффельсберге. А также отправился на поиски черных дыр, обитающих в других галактиках. Этот отличный от моих привычных занятий теоретическими расчетами вид деятельности оказался весьма увлекательным.
В первый раз мне разрешили “послушать” космическое пространство с помощью 100‐метрового телескопа в Эффельсберге в горах Айфель. Я тогда смог направить гигантскую белую тарелку на точку в небе с помощью заранее запрограммированных координат простым нажатием клавиш – и это было нереальное чувство. Три тысячи тонн подчинились движениям моих пальцев! Я с восхищением смотрел на все эти чудеса, поражаясь могуществу науки и техники, и чувствовал себя маленьким мальчиком, которому наконец‐то удалось прокатиться на огромном небесном мусоровозе. Короче говоря, вскоре я понял, что не хочу больше, сидя за столом, корпеть над своими теориями. Теперь я хотел экспериментировать и сам проверять теории и модели.
Я переехал с семьей в США и провел два замечательных года в тихом маленьком городке Лорел, штат Мэриленд. Здесь, в Университете Мэриленда и балтиморском Научном институте исследования космоса, я с помощью космического телескопа “Хаббл” и нескольких радиотелескопов занялся выслеживанием черных дыр. И охотой на них.
Танец звезд вокруг черной дыры
В Европе группа во главе с Рейнхардом Гензелем, работающая с телескопами Европейской южной обсерватории (ESO) в Чили, объявила начало охоты на Стрельца A* – сначала с помощью 3,6‐метрового телескопа, а затем и с помощью 8‐метрового телескопа VLT (Очень большого телескопа). Но Гензель недолго оставался один, конкуренцию ему составила группа астрономов, проводящих наблюдения при помощи телескопов, расположенных на горе Мауна-Кеа (Гавайи). Началась гонка, в которой две команды исследователей соревновались друг с другом, соперничая за лидерство в исследовании центра Млечного Пути.
