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

Конференция в Ла Серена оказалась “потрясающей” и в прямом смысле. В какой‐то момент раздался громкий хлопок и потолок конференц-зала зловеще задрожал. Возникло ощущение, как от удара в живот. Многие из присутствующих выбежали на улицу, опасаясь, что здание может рухнуть. Это было первое землетрясение в моей жизни. Чилийцы сразу вспомнили о прошлых катаклизмах, унесших жизни многих людей. И только привычные к подобному калифорнийцы остались на своих местах. С трудом себе представляю, что могло бы случиться, если бы все не ограничилось одним этим подземным толчком.

После конференции для меня стало ясно, что в этой области должно произойти нечто интересное. Началась гонка за новыми открытиями, продлившаяся более двух десятилетий. Науке необходима система, позволяющая подвергать результаты проверке и критике, то есть система сдержек и противовесов. Конкуренция – это один из способов убедиться, что система действительно работает, а правильность результатов, полученных одной группой, проверяется соперниками. Подобно скороварке, конкуренция ускоряет развитие, но также и создает огромное физическое и психологическое давление. Конкуренция эффективна, когда разные группы находятся в более или менее одинаковых условиях. Нужны крепкие нервы, крепкое здоровье, достаточное финансирование и надежно функционирующая в течение многих лет инфраструктура. В данном случае все это наличествовало, и наше представление о работе “темных сил” в центрах галактик заметно продвинулось вперед. А как иначе мы смогли бы понять, существуют ли на самом деле черные дыры? Как иначе мы смогли бы их выследить?

Три года спустя Андреа Гез представила свои более поздние измерения движения звезд, а еще через два года стала первым астрономом, доказавшим, что звезды движутся по искривленным траекториям[104].

Однако как именно они двигались? Нам казалось, что все звезды обращались вокруг одной точки, но в том месте, где находилась эта точка, ничего не было. Стрелец А* по‐прежнему не был виден на снимках. И лишь точное сравнение данных, полученных в ближнем инфракрасном диапазоне, с радиоизмерениями, проведенными Карлом Ментеном в Бонне и Марком Рейдом в Смитсоновской астрофизической обсерватории (SAO) в Бостоне, показало, что точкой, вокруг которой все движется, действительно был радиоисточник Стрелец А*[105]. Все мчалось со скоростью несколько миллионов километров в час вокруг зловещего радиоисточника, неподвижно засевшего в центре[106]. Теперь стало ясно: если там и была черная дыра, то она пряталась где‐то в радиоизлучении Стрельца А*!

Андреа Гез также обнаружила, что одна из звезд движется по орбите с очень небольшими размерами (период ее обращения вокруг Стрельца A* составлял всего 15 лет). Ученая сообщила, что при следующем обороте эта звезда очень близко подойдет к предполагаемой черной дыре.

После этого опять настала очередь Рейнхарда Гензеля сделать следующий шаг, и он установил новую инфракрасную камеру на телескопе VLT Европейской южной обсерватории (ESO) в пустыне Атакама. Этот сухой и малонаселенный регион Чили является одним из самых неприветливых мест, какие только можно себе представить. Футуристический вид отеля ESO, в котором живет большинство приезжающих астрономов, напоминает секретное логово суперзлодея. (И, кстати, именно такую функцию отель выполняет в фильме о Джеймсе Бонде “Квант милосердия”.) С помощью нового комплекса инструментов астрономы смогли получить там самые четкие на сегодняшний день изображения центра Млечного Пути. Они использовали адаптивную оптику, в которой деформируемое зеркало позволяет за доли секунды компенсировать искажения, вызванные влиянием атмосферы. Астрономы измерили положение звезды S2, и их усилия были вознаграждены[107]. Сравнение со старыми изображениями показало, что всего за несколько лет она переместилась по орбите вокруг Стрельца A* с радиусом 17 световых часов. Это всего в три раза больше расстояния от Плутона до нашего Солнца.

Звезда двигалась по эллиптической орбите вокруг мощного радиоисточника – точно так же, как, по описанию Кеплера, планеты обращаются по своим орбитам вокруг Солнца. И точно так же, как Солнце и Луна тянут земные океаны туда и сюда, создавая приливы и отливы, черная дыра притягивает океаны горячего газа пролетающей мимо звезды. На этой орбите приливной силы, создаваемой Стрельцом А*, не хватило бы, чтобы разорвать звезду S2 на части. Это могло бы произойти, только если бы она оказалась на расстоянии чуть менее 13 световых минут от черной дыры. Но даже на такой орбите Стрелец А* притягивал эту маленькую звезду с чудовищной силой: ей пришлось развить невероятную скорость – более 7 500 километров в секунду! – то есть за один час она преодолевает расстояние в 27 миллионов километров. Зная скорость и расстояние звезды до Стрельца А* и применив старые добрые законы, выведенные Кеплером и Ньютоном, ученые вычислили массу Стрельца А*. Она оказалась равной 3,7 миллиона солнечных масс. На этот раз расчет дал более высокую, чем предыдущие, оценку для массы. Мое сердце запрыгало от радости, поскольку это означало, что и горизонт событий черной дыры также будет больше и его будет легче увидеть. Но погрешность измерений все равно была слишком велика: масса могла отличаться от расчетной на 1,5 миллиона солнечных масс в каждую сторону.

От предсказаний Дональда Линден-Белла и Мартина Риса, сделанных в 1970‐е годы, эти измерения отделяли целых тридцать лет. Теперь, когда научное сообщество получило представление о танцах звезд вокруг предполагаемой черной дыры, оно постепенно начало понимать, что происходит там, в космосе. Эта черная дыра стала главной “звездой” всего Млечного Пути, а астрономы превратились в папарацци, взволнованно рапортующих о каждом движении Стрельца А*.

Примерно в это же время команда Андреа Гез обнаружила звезду, которая обращалась даже немного ближе к галактическому центру. Ей требовалось менее двенадцати лет, чтобы обогнуть центр Млечного Пути, и двигалась она по своей орбите со скоростью, равной одной сотой скорости света[108]. С помощью телескопа, работающего в ближнем инфракрасном диапазоне, члены группы Гензеля смогли наконец уловить слабое мерцание именно в том месте, где находился источник радиоизлучения[109]. Теперь мы могли зарегистрировать Стрелец А* не только в радиочастотном свете, но и в почти видимом – ближнем инфракрасном диапазоне. Рентгеновские телескопы в космосе также начали регистрировать мерцание на краю темной области[110]. В течение нескольких минут яркость излучения увеличивалась, а затем оно снова тускнело. Излучение могло исходить только из области шириной всего в одну световую минуту, и это значило, что данная область не могла быть намного шире горизонта событий. Наблюдая за захватывающим космическим зрелищем, я подумал, что это похоже на окутывающую черную дыру грозовую тучу, в которой то и дело вспыхивают молнии, озаряющие