Вселенная полна странных, красивых, обширных и захватывающих дух явлений. И все же, вероятно, среди них нет ни одного, которое могло бы стимулировать и бросить вызов человеческому воображению так же сильно, как черные дыры - эти особенные объекты пространства-времени, понимание которых ограничено нашим разумом. Их теоретическое происхождение лежит в общей теории относительности Эйнштейна, опубликованной в 1915 году. Наше обывательское знание о черных дырах сводится к таким суждениям:
- черные дыры настолько компактны, что даже свет не может избежать искривления пространства, которое они создают;
- чем ближе мы подходим к черной дыре, тем медленнее течет время;
- из Земли может получиться черная дыра, если ее сжать до размеров мячика, для игры в пинг-понг.
И все же наша точка зрения остается весьма неполной, черные дыры вызывают гораздо больше вопросов.
Стокгольмский комитет по присуждению Нобелевской премии в области физики в этом году отметил наградой исследование этих экстремальных космических объектов. Половина премии достается британскому теоретику Роджеру Пенроузу из Оксфордского университета, а другая половина - немецкому астрофизику Рейнхарду Гензелю, директору Института внеземной физики Макса Планка в Гархинге и профессору Университета Беркли, и американскому астрофизику Андреа Гез из Калифорнийского университета.
История исследования черных дыр представляет собой прекрасную иллюстрацию того, как человеку удается далеко выходить за пределы своего воображения в ходе научных исследований. Общая теория относительности Эйнштейна подготовила теоретическую основу для этого более ста лет назад. Своими уравнениями полей Эйнштейн поколебал идею о том, что пространство и время - это что-то константное: вроде некой статичной сцены, на которой происходят все события в нашем мире.
Эйнштейн описал, как пространство и время, с одной стороны, неразрывно связаны как четырехмерное пространство-время, а с другой стороны, на них влияет то, что в них происходит. Массы и энергии искривляют пространство-время. Гравитация означает, что другие массы следуют этой кривизне.
Было много математических выкладок с расчетами, которые доказывали, что существование объекта «черная дыра» потенциально возможно во вселенной. Например, знаменитое решение уравнения полей Шварцшильда, в ходе которого был установлен радиус горизонта событий, за пределы которого ничто не может проникнуть изнутри наружу.
Математические выкладки хороши, но они должны быть подтверждены эмпирически наблюдениями. Это собственно и удалось сделать ученым, доказавшим наличие черной дыры в центре нашей Галактики.
Райнхард Гензель и Андреа Гез вместе со своими сотрудниками направили свои телескопы в центр Млечного Пути - область нашей родной галактики, густо населенную звездами, газовыми и пылевыми облаками. Они наблюдали за движением звезд вокруг галактического центра. Сопоставляя массы и скорость движения, они смогли определить там наличие черной дыры.
Гез и ее коллеги использовали для наблюдений обсерваторию Кека на Гавайях, в то время как группа Гензель наблюдала звезды с помощью чилийских телескопов из Европейской южной обсерватории. Результаты обеих групп полностью совпали. В частности, экстремальное движение звезды под названием S2, которая вращается вокруг центра Млечного Пути менее чем за 16 лет, предоставило свидетельство того, что существует черная дыра с массой, эквивалентной массе около четырех миллионов солнц. Таким образом теоретическое знание вышло на уровень эмпирического доказательства, за что и были вознаграждены физики.
