Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Хайно Фальке

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].

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