Как увидеть тень черной дыры

Татьяна Пичугина, научный журналист. Фото И. Соловья

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. www.mpifr-bonn.mpg.de/announcements/2013/8

3. Конференция достижений российской астрофизики — 2015 (вечерняя сессия): www.youtube.com/watch?v=c2FAPVODuJw

4. http://scientificrussia.ru/articles/pribor-gravity-dlya-teleskopa-v-chili-proveryaet-teoriyu-otnositelnosti

5. http://serp.mk.ru/articles/2015/11/03/radioastron-gonyaetsya-za-tenyu-chernoy-dyry.html

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

 
 

Метки: , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

 

6 комментариев

  • dedul137:

    Приведенная в конце байка не совсем верна. Дело обстояло несколько иначе.

    Летом 1936~года Эйнштейн послал в Physical Review написанную вместе с Натаном Розеном статью под названием «Существуют ли гравитационные волны?» и примерно через месяц получил из редакции подробные комментарии и рекомендации рецензента аж на десяти страницах. Эйнштейн разгневался и отправил в журнал письмо следующего содержания:

    «Мы (г-н Розен и я) направили рукопись в вашу редакцию для опубликования и не давали разрешения на ознакомление с ней специалистов до её выхода в свет. Я не вижу причин, по которым я должен реагировать на комментарии вашего анонимного эксперта, тем более, что они явно ошибочны. Посему я намерен опубликовать эту работу в другом журнале.

    С уважением, А. Эйнштейн»

    Эйнштейн сдержал слово и отправил статью в другой журнал, который тут же принял её к публикации. Тем временем, «анонимный эксперт», совершенно убеждённый в том, что Эйнштейн с Розеном пришли к ошибочному выводу об отсутствии гравитационных волн, и не желая, чтобы великий учёный попал в неловкое положение из-за своего упрямства, изложил свои доводы другому соратнику Эйнштейна — Леопольду Инфельду, который полностью с ним согласился. Инфельду удалось уговорить Эйнштейна пересмотреть свои выводы, и тот, буквально в последний перед публикацией момент, радикально переменил своё мнение. В итоге, статья вышла под названием «О гравитационных волнах», и речь об их отсутствии, как в исходном варианте статьи, уже не шла.

    Только через 69 лет после описанных событий, когда уже никого из их участников не было в живых, редакция разгласила имя рецензента. Им оказался известный американский физик, крупнейший специалист по общей теории относительности, автор важных работ по космологии Говард Перси Робертсон.

    Эта история описана в Physics Today за сентябрь 2005 года.

  • Pichugina:

    Ого. Это уже третий слышанный и читанный мной вариант истории.

    • dedul137:

      Не знаю насчет других двух вариантов, но в статье в Physics Today приводятся документальные свидетельства. Если желаете, могу прислать pdf этой статьи.

  • Pichugina:

    Не надо, спасибо. У меня есть рассказ Захарова и отрывок из автобиографии Инфельда.

    • dedul137:

      Как желаете. Искренне жаль, что документы Вас не интересуют. Рассказы и автобиографии — это не документы.

  • Меня немного удивило, что работа с таким выводом была написана. То, что Эйнштейн изменил мнение я считаю нормально, для любого исследователя. Более того это характерно именно для Эйнштейна.

    Во время работы над геометрической теорией гравитации публиковалось много разных результатов, причем не только Эйнштейн, публиковалось много промежуточных результатов, сомнений и возражений. Все более-менее значительное отражено в работах Эйнштейна.

    Разумеется первую скрипку играл Эйнштейн, но у него трудно найти безапелляционные критические замечания. Наоборот, статьи полны сомнений...

    Первая работа о гравитационных волнах написана в 1916 году. Далее в 1918 году Эйнштейн пишет работу «О гравитационных волнах», где, в частности, доказывает их поперечность.

    Для меня работы Эйнштейна не история. Никогда не собирался заниматься ОТО. На эту работу меня вывела задачка, внешне простая, которую казалось, можно решить за вечер. Однако времени уже потрачено больше, чем потратил Эйнштейн на создание Теории. Так уж вышло, что я где-то повторял путь классика, чуть в стороне, не торопясь, ловля кайф от работы, пока не посыпались неожиданные результаты, которые с трудом вписывались в мои скромные представления об ОТО. Но пока результаты были несколько в стороне это интересовало больше меня... Теперь это вроде интересно многим, поскольку удалось вписать результаты в ОТО. Отчасти это не новое, а хорошо забытое старое. Если последовательно излагать мои результаты, то лучше всего это делать исходя из забытых результатов Эйнштейна. История о том как я шел к этому длинная и запутанная.Сейчас отдыхаю, пытаюсь понять, развлекая публику на ResearchGate двухстраничными статьями.

Добавить комментарий

Недопустимы спам, оскорбления. Желательно подписываться реальным именем. Аватары - через gravatar.com