Бело-голубая звезда S2 – одна из самых быстрых из известных звезд, с очень большой светимостью. Находясь в непосредственной близости от центральной черной дыры Галактики, она вращается вокруг Стрельца A* со скоростью до 5000 км/с, что составляет почти 2 % от скорости света.
Откуда она могла взяться? На таком близком расстоянии гравитационное поле черной дыры должно было порвать облака газа в клочья еще до того, как они могли сконденсироваться в новые звезды. Гипотеза, что звезда могла родиться в более благоприятных условиях и впоследствии сместиться к центру Галактики, противоречит ее возрасту – яркой звезде S2 не более 10 миллионов лет, и вряд ли она могла предпринять длинное путешествие за такой короткий срок.
Интервью. Как я буду фотографировать черную дыру
Хейно Фальке, радиоастроном из университета Радбода (г. Неймеген, Нидерланды), который занимается астрофизикой элементарных частиц, рассказывает о своих планах использовать глобальную сеть радиотелескопов, чтобы сделать снимки черной дыры в центре Млечного пути. Корреспондент New Scientist в 2015 году взял у него интервью.
– Зачем нужно фотографировать черную дыру?
– Черные дыры были предсказаны сто лет назад, но у меня такое чувство, что время идет, а мы понимаем их все меньше и меньше. У нас до сих пор нет убедительных доказательств существования горизонта событий, из-под которого ничто не может вырваться наружу. Кроме того, наличие горизонта событий невозможно объяснить в квантовой теории. Что-то в теории придется менять, и пока не понятно, что именно.
– Откуда нам вообще известно, что в ядре Млечного Пути есть черная дыра?
– Звезды вращаются вокруг центра Галактики со скоростью около 10 000 км/с. Это означает, что в центре должен находиться объект с массой, более чем в 4 миллиона раз превышающей массу нашего Солнца. Единственное, что мы видим в самом центре, – это источник очень коротких субмиллиметровых радиоволн – Стрелец А*.
– Как вам поможет гигантская сеть радиотелескопов?
– Диаметр горизонта событий черной дыры составляет порядка 25 миллионов км, но он находится на расстоянии 27 000 световых лет от нас. Чтобы получить его изображение на субмиллиметровых длинах волн, нужен телескоп размером с Землю. Всемирная сеть радиотелескопов может обеспечить нужное разрешение.
– Разве американские астрономы не работают над подобной идеей?
– Впервые я обсуждал эту идею десять лет назад с Шепом Доулманом из Массачусетского технологического института, Доулман сейчас возглавляет американский проект «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope). Нет особого смысла использовать только небольшой набор доступных телескопов. Мы нужны им, а они нужны нам!
– Что конкретно вы ищете?
– Мы надеемся увидеть, как радиоволны из окрестностей черной дыры изгибаются и поглощаются, как в фильме Кристофера Нолана «Интерстеллар». В результате мы надеемся увидеть своего рода центральную «тень». Сравнивая размер, форму и резкость этой тени с теоретическими предсказаниями, мы можем проверить Общую теорию относительности. Допустим, тень получится в два раза меньше или, наоборот, в два раз больше, чем предсказывается, – тогда Общая теория относительности неверна.
– Каковы наибольшие трудности на этом пути?
– Были очень серьезные трудности технического характера, но мы их преодолели. На каждом телескопе необходимо записывать данные многочасовых наблюдений со скоростью 64 гигабита в секунду, а затем обмениваться петабайтами информации между континентами. Финансовые затруднения удалось преодолеть с помощью грантов Европейского исследовательского совета и Национального научного фонда США.
– Когда мы сможем увидеть первый портрет черной дыры?
– В 2000 году я говорил, что первый результат может быть получен в течение десятилетия, а теперь вижу, что нам следует немного умерить наши ожидания. Может быть, придется подождать еще лет десять? Надеюсь, что нет, но, в конце концов, это займет определенное время[15].
Бозонная звезда
Волнующие, вводящие в заблуждение и вселяющие ужас – такими эпитетами можно охарактеризовать черные дыры, распространяющие вокруг себя ненависть чудовища Вселенной. Существование этих ненасытных космических каннибалов было предсказано Общей теорией относительности Эйнштейна. На сегодняшний момент это наилучшая теория гравитации, которой мы располагаем. Вскоре мы получим первое прямое изображение черной дыры в центре Млечного Пути. Но что если ее там не окажется?
Ученые, одержимые черными дырами, возможно, не замечают какого-то еще более странного явления, которое относится к физике элементарных частиц и значение которого мы пока не можем оценить. Несмотря на то что пока это чисто умозрительная идея, есть веские причины ее обдумать.
Мы не знаем, что происходит внутри черных дыр. Это такие места, где сфера действия Общей теории относительности, которая имеет дело с очень большими величинами, сталкивается с квантовой теорией, отвечающей за очень малые величины. В черных дырах эти две теории друг с другом уживаются плохо. Теория относительности предполагает, что любой объект, падающий внутрь черной дыры, будет раздавлен ее гравитационным полем и превратится в сингулярность нулевого объема и бесконечной плотности – но это делает бессмысленным любое уравнение. Между тем, детальные теоретические расчеты показывают, что черные дыры либо должны уничтожать всю информацию – явление, совершенно невозможное с точки зрения квантовой механики, – либо окружать себя клокочущей стеной энергии[16], – а это предположение нарушает принцип Общей теории относительности.
