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

Но кольцо вокруг пятна не всегда имеет одинаковую форму. Если мы решим промоделировать задачу на компьютере, задав скорость вращения газа почти равной скорости света (а она в окрестности черной дыры, очевидно, именно такова), то получим только полукольцо. С той стороны, где газ движется к нам, свет усиливается, а с другой стороны – ослабевает. Более того, если вращается и сама черная дыра, то тень и кольцо сжимаются на несколько процентов и может даже появиться небольшой, едва заметный эффект сплющивания.

Двадцать лет спустя я узнал, что немецкий математик Давид Гильберт еще в 1916 году, всего через несколько месяцев после того, как Эйнштейн и Шварцшильд заложили основы теории черных дыр, проделал математические расчеты этих световых траекторий[123], – даже не зная, существуют ли черные дыры и что они из себя представляют. Труд Гильберта был забыт, вероятно, потому, что слишком опередил свое время.

В 70‐е и 90‐е годы также было предпринято несколько попыток рассчитать, как могут выглядеть черные дыры[124], но тогда отсутствовал реальный шанс их увидеть, и эти работы не привлекли большого внимания. Только после того, как наша работа была опубликована, об этих результатах вспомнили. Вышедший в 2014 году фильм “Интерстеллар”, безусловно, повлиял на представление о черных дырах, хотя модель, использованная в фильме, на самом деле не соответствовала ни M87, ни черной дыре в нашем галактическом центре. В фильме черная дыра окружена не сияющим облаком горячего газа, а тонким непрозрачным диском с дыркой посередине, и она не выбрасывает струю плазмы. Абсолютно неудивительно, что вы видите в диске отверстие, если сами же заранее поместили его туда. Темное пятно было бы видно там даже и без черной дыры. Только тогда тьма обретает реальность, когда вокруг все залито светом.

Пока мы с двумя коллегами писали нашу статью, предсказывающую, каким будет изображение черной дыры, мы также обсуждали, как нам называть “эту штуку”, а именно – черное пятно в центре. Ассоциативные названия очень важны, когда дело касается научных материй. Что ассоциировалось бы с Большим взрывом без слова взрыв? А так все понимают, о чем речь, хотя никто в действительности не может его услышать. Динамичные термины часто способны передавать смысл абстрактных явлений.

Мы запланировали телеконференцию, к которой и нужно было определиться с названием. Черной дырой мы “эту штуку” назвать не могли – этот термин относится к объекту с массой в центре, искривляющей пространство-время вокруг. Пустота, пятно, пузырь – почему‐то ни одно из этих слов не подходило. Внезапно нам пришла в голову идея назвать ее тенью черной дыры[125]. Мы не можем видеть никакой черной дыры непосредственно – только ее тень, отсутствие света. Черная дыра прячется за своей тенью и не раскрывает всех своих тайн. Черная дыра – это всего лишь тень самой себя прошлой. Тень не такая четкая и темная, как силуэт, – и потому, что она трехмерна, и потому, что темнота черной дыры всегда немного подсвечивается излучением, исходящим от газа перед нею.

Естественно, мы хотели, чтобы в нашей статье смоделированные радиоизображения выглядели впечатляющими. Но как визуализировать то, что мы не в состоянии увидеть глазами? Было ясно, что изображение тени черной дыры можно получить только с помощью радиотелескопа. Это не фотография в классическом смысле, потому что наши данные получены не в свете из диапазона длин волн, видимых человеческому глазу. Какого цвета такой свет? Мы рассчитали уровни яркости, но не цвет. Теоретически мы могли бы использовать контурное изображение или изобразить объект с помощью оттенков серого. Это тоже могло бы помочь наглядно представить данные, однако изображение выглядело бы скучно.

В новом тысячелетии практика использования цветных изображений в астрофизических публикациях получала все большее распространение, хотя это и было удовольствие не из дешевых: академические журналы требовали дополнительной оплаты за рисунки с цветной печатью. Но нам казалось, что это того стоило, так как мы понимали, что эффектность изображения будет иметь решающее значение для его воздействия на читателей. В то время радиоастрономы довольно широко использовали виртуальную цветовую палитру, выбирая, как правило, для графических изображений небесных радиоисточников палитру всех цветов радуги. Но нам казалось, что для черной дыры этот выбор был бы не совсем удачным.

Цветовая палитра “Тепло” (от черного к белому через оранжевый и желтый) показалась мне гораздо более подходящей. Она соответствовала цветам расплавляемого железа. Теперь тень выглядела окруженной огненным кольцом, чем‐то напоминавшим горячую корону при солнечном затмении. Я решил, что это очень удачный выбор цветов для светящегося монстра, окружающего черную дыру, и позволил себе некоторые вольности ради усиления художественного эффекта.

В январе 2000 года мы, озаглавив свою работу “Изображение тени черной дыры в центре Галактики”, опубликовали ее в Astrophysical Journal[126]. Мы описали там, как можно увидеть черную дыру. Это было короткое “послание”, которое, по условиям журнала, должно было уместиться всего на четырех страницах, и потому некоторые результаты моделирования были обнародованы несколько позже – в трудах конференции[127]. Многие мои коллеги по‐прежнему считали идею утопической, но тем не менее эта короткая статья стала одной из самых цитируемых моих работ. В пресс-релизе я с гордостью заявил: “Скоро мы получим возможность увидеть черную дыру!”[128] На самом деле это произошло только через двадцать лет.

9

Создание глобального телескопа

В поисках телескопов и денег

Астрономия без телескопов напоминает симфонический оркестр без инструментов. Чтобы с помощью глобального интерферометра получить простое изображение, требуется по крайней мере пять расположенных в разных местах телескопов. А еще лучше – десять. Если отбросить возможность украсть эти телескопы, то откуда их можно было взять? На рубеже тысячелетий достаточного количества подобных телескопов просто не было, а тем, которые имелись, угрожало закрытие из‐за отсутствия денег. Давно планировавшееся создание новых телескопов все время находилось под угрозой срыва, так что условия для реализации нашего амбициозного проекта были более чем сложными[129].

Но самым мощным и самым важным инструментом должна была стать Атакамская большая миллиметровая антенная система (ALMA), этакая горилла-доминант весом более трех центнеров. Данный глобальный проект ценой в миллиард евро осуществлялся совместно Европой, Америкой и Японией. Гигантский телескоп, состоящий из объединенных в одну матрицу 66 отдельных антенн диаметром до 12 метров каждая, должен был соответствовать чувствительности 80‐метрового телескопа и разрешающей способности изображения 16‐километрового телескопа. Уже когда мы писали свою “теневую” статью, было ясно, что