Чтение онлайн

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.

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 ALMA станет “главным действующим лицом” замышлявшегося всемирного эксперимента. Для нас включение ALMA в РСДБ-сеть было делом первостепенной важности [130] , а вскоре об этом заговорили и сами работавшие в ALMA ученые [131] . Но и здесь завершение работы откладывалось до 2011 года, так что к финансам на РСДБ относились вполне рационально. Самый обнадеживающий ответ, полученный мною, звучал так: “Денег на реализацию вашего проекта у нас нет, но мы позаботимся, чтобы возможность его осуществить осталась”.

В 2003 году при вступлении в должность внештатного профессора университета Неймегена я делал доклад, где рассказал о своей мечте – получить изображение черной дыры – и еще о том, что чем больше мы узнаём о Вселенной, тем лучше начинаем понимать ограниченность наших возможностей. Одна из голландских газет напечатала на первой странице, что я “стучусь в ворота ада” [132] . Мне подумалось, что звучит это вполне неплохо.

В 2004-м мы сделали еще один небольшой шаг к воротам ада. Нам с Джеффом Бауэром и еще с четырьмя коллегами удалось выполнить лучшие для того времени РСДБ-измерения галактического центра на длинных волнах миллиметрового диапазона [133] . Антенная система со сверхдлинными базами (VLBA) – континентальный радиоинтерферометр, представляющий собой сеть из десяти радиотелескопов, расположенных в разных штатах США. Полученные данные были наконец настолько точными, что мы смогли выполнить расчет и сделать поправки на потерю четкости изображения, вызванную горячим газом Млечного Пути. Впервые нам удалось определить истинные размеры источника как функцию длины волны. В полном соответствии с предсказанием нашей модели с уменьшением длины волны он уменьшался. Это означает, что самые короткие волны должны фактически достигать горизонта событий. Теперь стало окончательно ясно, что в ближайших окрестностях черной дыры действительно излучаются именно миллиметровые волны. “Благодаря радиотелескопам через тридцать лет туман наконец рассеялся”, – процитировало мои слова немецкое информационное агентство ДПА.

В тот же год астрономы обсерватории Грин-Бэнк в Западной Вирджинии отмечали годовщину [134] : тремя десятилетиями ранее, в 1974-м, здесь впервые было проведено исследование Стрельца A* в радиодиапазоне. На торжественной церемонии состоялось открытие мемориальной доски, посвященной этому событию. В тот же вечер я устроил импровизированный семинар, на котором мы с Шепом Доулманом и Джеффом Бауэром рассказывали собравшимся ученым о тени Стрельца A* и о том, с помощью каких методов можно ее измерить. В конце я попросил проголосовать: пришло ли время для такого предприятия – или оно по-прежнему слишком проблематично? Ответ аудитории не допускал двух толкований: теперь подавляющее большинство собравшихся экспертов верило, что изображение черной дыры получить можно. Оставалось только понять, как это сделать.

Чтобы иметь возможность продолжить совместный эксперимент, после семинара мы с Доулманом и Бауэром провели по моей инициативе несколько телеконференций [135] . Я считал, что необходима глобальная кооперация, вроде той, которая привычна для физиков, занимающихся элементарными частицами. Нет смысла изображать одинокого ковбоя. Работа должна быть спланирована, выполнена и опубликована большим коллективом ученых, работающих в разных областях: в одном проекте должны быть объединены эксперимент, обработка данных и моделирование.

Мы четко сформулировали стоящую перед нами научную задачу: провести эксперимент, цель которого – подтвердить или опровергнуть нашу гипотезу. Как физики-специалисты в области элементарных частиц искали бозон Хиггса, так мы искали тень черной дыры. Тень либо есть, либо нет. Мы хотели исследовать лишь один небесный объект, но, чтобы сделать это, нам требовался весь мир. А чтобы объединить усилия всего мира, требовалось время.

Принадлежащая Массачусетскому технологическому институту обсерватория Хейстек, расположенная в тихой лесистой местности под Бостоном, была ведущим центром РСДБ. Тогда там начали разрабатывать аппаратуру, которая позволила бы существенно увеличить объем сохраняемых одновременно данных. Шеп Доулман был одним из участников этой программы. Защитив диссертацию в MIT, он как постдок приехал ненадолго в Бонн, где мы мельком и пообщались. Вернувшись в США, Доулман продолжил работу в обсерватории Хейстек. В его распоряжении была хоть и небольшая, но все же сеть из четырех телескопов на Гавайях, в Аризоне и Калифорнии. Как и я, он тоже хотел провести первые тестовые эксперименты.

В то время я работал на радиотелескопе LOFAR, где сначала был просто участником проекта, а затем стал председателем совета директоров. Благодаря этому у меня появился личный опыт проведения крупномасштабных физических экспериментов и я понял, как создаются международные научные сообщества. Кроме того, я продолжал исследования галактического центра и участвовал в нескольких РСДБ-экспериментах. Но в Нидерландах у меня не было доступа к телескопам миллиметрового диапазона. Предстояло ждать ALMA.