Нобелевская премия по физике за 2020 год присуждена за достижения в области астрофизики. Половину премии получил Роджер Пенроуз «за открытие того, что образование чёрных дыр является точным предсказанием общей теории относительности». Вторую половину премии разделили Райнхард Генцель и Андреа Гэз — «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре Галактики».
О том, что значат эти открытия для мировой науки, рассказывает ведущий научный сотрудник кафедры физики элементарных частиц ИЯФиТ НИЯУ МИФИ Константин Белоцкий:
Сейчас в физике и астрономии очень редки фундаментальные открытия. Открытия, связанные с чёрными дырами, принадлежат именно к таким.
Роджер Пенроуз доказал, что образование чёрных дыр является неизбежным следствием общей теории относительности, и внёс большой вклад в теоретические методы их описания — описания того, что даже трудно поддаётся воображению. Он показал, что такие объекты могут реально рождаться в природе в результате эволюции тяжёлых звёзд (порядка 10 масс Солнц).
Но совершенно удивительный результат получили два других лауреата — Рейхард Гензель и Андреа Гез. Они установили, что в центре нашей Галактики находится сверхгигантская чёрная дыра, обладающая массой в 4 миллиона масс Солнца. Они исследовали движение ближайших к центру Галактики звёзд и пришли к выводу, что то, вокруг чего они вращаются, не может быть никаким другим известным астрофизическим объектом, кроме как чёрной дырой такой чудовищной массы.
Значение этих открытий, конечно, в первую очередь научное. Существование сверхмассивной чёрной дыры заставило серьёзно задумываться о её происхождении, о происхождении самих галактик. Наблюдения за центрами других (относительно ближайших по космологическим масштабам) галактик уже отбросило сомнения, что чёрные дыры существуют практически во всех больших галактиках. В 2019 году такую чёрную дыру видели в одной из галактик нашего сверхскопления (точнее, её силуэт). Это тоже стало ошеломляющим открытием, которое явилось прямым наблюдательным доказательством существования сверхмассивных чёрных дыр.
Но на этом загадки не заканчиваются. На очень больших по космологическим меркам расстояниях, соответствующих ранней эпохе Вселенной, наблюдаются квазары — очень активные ядра галактик. Их природу сейчас ни с чем другим, кроме как со сверхмассивной чёрной дырой, «поедающей» окружающую материю, не связывают. Расчёты показывают, что чёрные дыры такой массы и в такой ранней эпохе образовываться каким-либо астрофизическим механизмом не успевают. Значит, родились они ещё до появления звёзд, вместе с самой Вселенной и материей в ней.
Это прямое указание на наличие чего-то совсем неизвестного, новой физики, понимание которой может быть полезным не только в фундаментальной науке.
В 1967 году наши ученые Игорь Дмитриевич Новиков и Яков Борисович Зельдович впервые предположили, что чёрные дыры могут в принципе рождаться не из звёзд в ранней Вселенной. Сейчас в пользу их реального существования указывают не только квазары, но и слияние двойных чёрных дыр, которые недавно стали регистрироваться по гравитационным волнам. За открытие последних тоже была вручена Нобелевская премия. Вполне возможно, что эта тематика может стать прорывной для фундаментальной науки.