Увидеть черную дыру и не умереть

Черная дыра — это область пространства, которая обладает таким притяжением, что даже свет не может ее покинуть. Идея существования таких объектов появилась еще в конце XVIII века, когда английский естествоиспытатель Джон Митчелл предположил, что если размеры звезды будут очень маленькими, а масса — очень большой, то она не будет светить, потому что ее притяжение просто не даст свету вырваться (Митчелл представлял себе свет состоящим из частиц). В современной науке существование черных дыр предсказывает теория относительности. Гравитацию, в соответствии с этой теорией, наглядно объясняют так: представим себе ткань, а лучше лист резины, на который кладут камни. Камни продавливают его сильнее или слабее в зависимости от своего веса, а более легкие катятся туда, где более тяжелые продавили яму поглубже. Поэтому планеты «притягивают» спутники, Солнце «притягивает» планеты и так далее. Остерегайтесь черных дыр и водопадов Используя эту метафору, Стивен Хокинг объясняет черные дыры так: представим, что мы кладем на резину очень тяжелый и компактный камень, он продавливает в ней бездонную яму, в которую вещество падает безвозвратно. Граница черной дыры называется горизонтом событий, за этим горизонтом скорость, с которой нужно двигаться, чтобы вырваться из черной дыры, должна превышать скорость света — задача невозможная. Представить это себе можно как падение на лодке в водопад: чем ближе к водопаду, тем сильнее нужно грести, чтобы не затянуло, но с какого-то момента как ни старайся — вырваться уже не получится, вы падаете, но в случае черной дыры на дне вас ждут не острые камни, а загадочная сингулярность. В области сингулярности плотность материи становится бесконечной. Говорят, может даже образоваться туннель в другую Вселенную. Но это все слухи, а что там на самом деле происходит — никто не знает. Все это звучит странно и загадочно, но в том, что черные дыры существуют, астрофизики не сомневаются: например, долгожданное открытие гравитационных волн, порожденных столкновением двух черных дыр, — весомое подтверждение их существования. Откуда берутся черные дыры Черные дыры звездных масс образуются из звезд массой в 3−5 раз больше солнечной (поэтому наше Солнце черной дырой не станет, оно превратиться в белого карлика через миллиарды лет). «Топливо» для термоядерных реакций в звездах не бесконечно, и когда оно заканчивается, звезда «схлопывается» и вспыхивает сверхновой, А вот откуда берутся сверхмассивные черные дыры — неизвестно. На этот счет есть только предположения, такие как схлопывание массивных облаков газа на ранних стадиях образования галактик, разрастание черных дыр звездной массы за счет поглощения материи или слияния множества таких дыр в одну сверхмассивную. Недостатка в предположениях нет, а вот с наблюдениями дело обстоит сложнее. Как увидеть черную дыру Увидеть саму черную дыру нельзя, на что намекает ее название, а вот падающее в нее вещество — можно. В центрах многих галактик находятся черные дыры массой в миллионы больше солнечной. Они притягивают пыль, газ и звезды. Из этого вещества вокруг черной дыры образуется аккреционный диск. В нем материя закручивается, как в воронке, перед тем, как упасть в черную дыру, и из-за трения разогревается, благодаря чему начинает ярко светиться во всем спектре. При падении же материи в черную дыру давление излучения и влияние магнитного поля у границы черный дыры отбрасывают часть вещества далеко от нее. Сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики называется Стрелец A*. Словосочетание «наша галактика» звучит как-то по-домашнему, будто до центра ее рукой подать, но на самом деле черная дыра находится от нас в 25 тысячах световых лет, масса ее — в 4 миллиона раз больше солнечной. Разглядеть ее на таком расстоянии очень сложно — все равно что пытаться увидеть теннисный мячик на Луне — и необходимая для этого острота «зрения» доступна лишь радиотелескопам благодаря приему радиоинтерфереометрии, который позволяет объединить телескопы в разных уголках земного шара в один огромный виртуальный телескоп. Так, проект Event Horizon Telescope объединит наблюдения телескопов в США, Испании, Мексике, Чили и даже в Антарктиде. Второй объект для наблюдения — черная дыра в центре галактики M 87 Она примерно в 6 миллионов раз массивнее Солнца, но и находится существенно дальше — в 53 миллионах световых лет от нас. На что похожа черная дыра Результаты наблюдений будут опубликованы только в следующем году, а пока, чтобы примерно представить себе, что могут увидеть телескопы, можно полюбоваться на черную дыру в фильме «Интерстеллар», создатели которого постарались сделать картину как можно более правильной с научной точки зрения. Правильность этой картинки в том, что аккреционный диск за черной дырой выглядит не как кольца у Сатурна, а выглядывает из-за черной дыры, потому что ее сильное гравитационное поле искажает путь, который проходит излучение аккреционного диска. Впрочем, есть и отличие от «Интерстеллара» — с одной стороны аккреционный диск из-за его вращения должен выглядеть ярче. В результате изображение должно получиться похожим на картинку, которую астрофизик Жан-Пьер Люмине (Jean-Pierre Luminet) смоделировал в 1978 еще на компьютере IBM 7040, работавшем на перфокартах, и нарисовал от руки для статьи в журнале Astronomy and Astrophysics.