Как увидеть тень черной дыры

Татьяна Пичугина
«Троицкий вариант» №14(208), 12 июля 2016 года

Татьяна Пичугина, научный журналист. Фото И. Соловья

«Существуют ли черные дыры?», «Прав ли Эйнштейн?». Такие заголовки были популярны полвека назад не только в СМИ, но и в научной литературе. И сейчас их время от времени можно встретить в самых престижных научных журналах мира. А все потому, что до сих пор нет твердых доказательств существования черных дыр, основанных на наблюдениях.

Теоретическое предсказание черных дыр исходя из теории относительности Эйнштейна не вполне убеждает физиков. Тем более что сам автор ОТО высказывал сомнения в их реальности. Столетие теории относительности, тихо справленное в прошлом году, — хороший повод рассказать публике о перспективах наблюдения черных дыр. Увидят ли их когда-нибудь? Мы узнаем это в недалеком будущем. Такой вывод следует из рассказа докт. физ.-мат. наук, вед. науч. сотр. ИТЭФ Александра Захарова, который выступил с докладом «Галактический центр: наблюдение и интерпретации» на семинаре в Институте физики высоких энергий в подмосковном наукограде Протвино.

Александр Захаров начал свой доклад с анекдота. Когда-то давно, еще только приступив к изучению черных дыр, он услышал от коллег, что в ИФВЭ вроде лучше с этой темой не светиться, потому что там Анатолий Алексеевич Логунов сказал, что черных дыр нет. Захаров и не делал доклады на эту тему в ИФВЭ до 1991 года. Тогда познакомился с академиком Логуновым. Оказалось, что общаться с ним приятно, в том числе по поводу черных дыр.

В настоящее время наблюдения указывают на то, что в центрах галактик находятся сверхмассивные черные дыры. Такой объект массой примерно 4 млн масс Солнца расположен и в центре нашей, самой обычной спиральной галактики Млечный Путь. От нас его застилает огромное облако межзвездной пыли и газа, в котором, скорее всего, судя по последним данным, роятся звезды.

Галактический центр наблюдают всего две научные группы в мире. Одна работает в обсерватории «Kек» с 10-метровыми телескопами на Гавайях, другая группа — в Европейской южной обсерватории в Чили с интерферометром «Очень большого телескопа» (VLT), состоящим из четырех 8-метровых оптических телескопов. Обе группы независимо друг от друга получили доказательства существования сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, за что в 2012 году их лидеры Андреа Гез (Andrea M. Ghez) и Райнхард Генцель (Reinhard Genzel) стали лауреатами премии Крaфорда (Crafoord Prize) с фондом в половину Нобелевской. Ее и вручает тоже Шведская королевская академия наук. В этом году премия Крафорда, кстати, тоже отошла астрономам, Рою Керру (Roy Kerr) и Роджеру Блэндфорду (Roger Blandford), за изучение вращающихся черных дыр (см. комментарий В. Бескина [1]).

В книге о теории черных дыр американский астрофизик Субраманьян Чандрасекар (Subrahmanyan Chandrasekhar) рассматривал пример наблюдения за черной дырой на фоне яркого экрана. По идее, наблюдатель увидит на экране темное пятно, откуда не выходят фотоны, — это и будет тень от черной дыры. Потом оказалось, что такую картину можно наблюдать в реальности. Только при существующей технике изображение тени оказывается размытым, нечетким.

Для того чтобы увидеть четкое пятно, нужно наблюдать в миллиметровом диапазоне. Возможно, это получится у орбитального радиотелескопа нового поколения «Миллиметрон» с охлаждаемым детектором и 10-метровым зеркалом, который разрабатывают в России и запустят к 2025 году. А может быть, первыми будут европейские астрофизики, которые в 2013 году получили от Европейского исследовательского совета грант в размере 14 млн евро на первое в мире четкое изображение черной дыры в нашем галактическом центре [2].

Кроме того, на телескопах VLT в Чили установили прибор GRAVITY — инфракрасный интерферометр, который позволит улучшить угловое разрешение от 10 до 100 раз [4]. А если не терпится, посмотрите художественный фильм «Интерстеллар». Там черная дыра и ее тень показаны верно, поскольку консультантом выступал известный специалист по теории гравитации Кип Торн.

К сожалению, Россия не участвует в этих крупных астрономических проектах, хотя имеет все возможности. В подмосковном Лыткарино есть завод по производству оптического стекла, поставлявший зеркала для телескопов. Он мог бы получать заказы, к примеру, от Европейской южной обсерватории или European Extremely Large Telescope (E-ELT) — телескопа, где главное 39-метровое зеркало состоит из около 800 сегментов с диаметром около 1,4 м. Но пока наше правительство не готово выделить средства для участия в проектах. А жаль, ведь это ведет к технологическому отставанию в науке.

Да и времена сейчас не такие уж тяжелые, чтобы экономить на фундаментальных исследованиях. В подтверждение того, что были и более сложные времена, докладчик привел несколько исторических примеров. Гагарин полетел в космос всего через 16 лет после окончания Великой Отечественной войны. Александр Захаров напомнил, что журнал «Успехи физических наук» основали в 1918 году. Всего год как в стране случилась революция, шла Гражданская война, но это не помешало развитию науки, ведь в начале XX века в России существовала одна из сильнейших школ по теории относительности, во многом благодаря петербургскому физику Всеволоду Фредериксу, вернувшемуся из Геттингена, где он вынужденно был ассистентом у Гильберта.

Что касается нашего орбитального радиотелескопа «Радиоастрон», работающего в космосе уже пять лет, то дать четкое изображение тени черной дыры, скорее всего, он не сможет — изображение тени в галактическом центре будет размываться из-за рассеяния излучения на электронах. Какое разочарование! А я надеялась в скором времени рассказать подробно об успешном наблюдении этого явления. Когда прошлой осенью я делала репортаж из Пущино со станции слежения за сигналами телескопа, даже статью назвала «"Радиоастрон» гоняется за тенью черной дыры» [5].

— Не берите в голову, — сказал мне на это Александр Фёдорович и рассказал историческую байку. В 1937 году Альберт Эйнштейн с Натаном Розеном написали статью о том, что гравитационных волн нет. К печати ее не приняли. Потом он сам у себя нашел ошибку. А ассистент Эйнштейна Леопольд Инфельд в это время работал над совместной книгой с Эйнштейном об эволюции в физике (The Evolution of Physics: The Growth of Ideas From Early Concepts to Relativity and Quanta) и как-то раз сказал учителю: «Забудьте, что Ваше имя появится на обложке». А Эйнштейн ему и говорит: «Не берите в голову. И у меня были неверные статьи». Впрочем, их научно-популярная книга стала бестселлером.

1. Василий Бескин; Наталия Демина. Премия за черные дыры // ТрВ-Наука, №196 от 26 января 2016 года, c. 5.
2. Was Einstein right? December 17, 2013.
3. Конференция достижений российской астрофизики — 2015 (вечерняя сессия).
4. Прибор GRAVITY для телескопа в Чили проверяет теорию относительности. Портал «Научная Россия». 24 июня 2016 г.
5. «Радиоастрон» гоняется за тенью черной дыры. Mk.ru Серпухов. 3 ноября 2015.