Академик Анатолий Черепащук: Астрофизики доказывают невозможное

7 лет назад, 10 апреля 2019 года, было получено первое изображение тени черной дыры, что стало окончательным доказательством существования загадочного объекта. Этому предшествовала долгая история открытия. О том, как это произошло, рассказал академик Анатолий Михайлович Черепащук, научный руководитель Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ.

Над загадкой существования черных дыр ломали голову лучшие умы человечества. Сегодня существование этих космических объектов научно подтверждено, на очереди «кротовые норы», которые, возможно, будут открыты с помощью разработки российских ученых.

— Анатолий Михайлович, читала у Стивена Хокинга, что если вращаться в окрестностях черной дыры, то можно остановить процесс старения, правда ли это?

— Именно так. Черная дыра влияет на ход времен, и можно создавать ситуации, когда время бесконечно. Но сразу оговорюсь, это смотря с какой точки зрения смотреть. Если вы, например, послали космический корабль к черной дыре, то с вашей точки наблюдения космонавт вблизи черной дыры будет жить бесконечно долго, потому что время там остановилось. А с его точки зрения он давно погиб. Даже понятия жизни и смерти в Общей теории относительности являются условными — все зависит от системы отсчета.

— Как с котом Шредингера?

— Да. Поэтому среди физиков не было единого мнения.

— Когда стало ясно, что черные дыры все-таки существуют?

— Наблюдения черных дыр начались в 1964 году. Ученые Яков Зельдович в СССР и Эдвин Солпитер в США написали работу на эту тему. А в конце 1971 года заработал американский рентгеновский спутник Uhuru («Ухуру»), который фиксировал рентгеновские источники, которые излучают черные дыры. Первым объектом стал Лебедь-Х1 — галактический источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя. Но целых 11 лет это был единственный кандидат. И в эти годы противники черных дыр начали активно выступать против этой теории.

— Бывший ректор МГУ Анатолий Логунов создал теорию, которая отрицала существование черных дыр...

— Да, релятивистскую теорию гравитации в плоском пространстве-времени. А астрофизики Яков Зельдович и Леонид Грищук спорили с ним. Ожесточенная дискуссия о черных дырах шла до 1980-х, и только в это время начали открывать другие двойные системы с массивными рентгеновскими источниками. Сейчас мы уже имеем 100 нейтронных звезд и 50 черных дыр с известными массами.

— Какие открытия поставили точку в доказательствах существования черных дыр?

— В 2015 году были открыты гравитационные волны от слияния черных дыр в двойной системе, что доказало их реальное существование. При слиянии две черные дыры образуют общий горизонт событий, который «дрожит», релаксирует и затухает. Возникает более массивная черная дыра. Этот процесс записывают гравитационно-волновые телескопы, а с помощью уравнений общей теории относительности мы может описать происходящее.

Дальше, в 2019 году с помощью наземного интерферометра Event Horizon Telescope (EHT), который представляет собой около 10 коротковолновых радиотелескопов, покрывающих весь земной шар, было получено и опубликовано изображение черной дыры в ядре галактики М-87. Это изображение показывает темное пятно в центре яркого кольца.

— Видела эти снимки. Что это за кольцо? Ведь света там быть не должно.

— Яркое кольцо — это изображение внутренней части аккреционного диска (вращающийся диск из газа, пыли или плазмы, который образуется вокруг массивного объекта под действием гравитации. — «ВМ»). Если бы это был другой объект, то мы бы наблюдали просто монотонное возрастание яркости к центру, а здесь до какого-то расстояния яркость нарастает, а потом спадает до нуля. Вот это и стало окончательным доказательством того, что сверхмассивные черные дыры существуют практически в центре каждой галактики.

— Откуда они там?

— Скорее всего, это связано с образованием самой галактики. Имеется огромная масса газа, которая фрагментирует на облака, из них формируются звезды, а в центральных частях плотность этого газа велика, и какая-то часть газового облака коллапсирует в сверхмассивную черную дыру с массой — только вдумайтесь! — от миллиона до миллиарда солнечных масс.

— За открытие гравитационных волн от слияния черных дыр звездных масс в 2017 году американцам дали Нобелевскую премию.

— Совершенно верно. Кстати, большой вклад внес в это дело и наш российский ученый: член-корреспондент РАН Владимир Брагинский.

— Уже много лет в нашей стране планируется эксперимент «Миллиметрон», инициатором которого стал академик Николай Кардашев. Одна из задач — как раз изучение черных дыр…

— Николай Семенович высказал идею о том, что надо в точку Лагранжа на расстоянии полутора миллиона километров от Земли запустить 10-метровое зеркало на коротких волнах, и вместе с наземными радиотелескопами это будет интерферометр с базой в 1,5 миллиона километров.

Тогда можно будет посмотреть изображение черных дыр, только представьте, в нескольких сотнях галактик. В результате будет открыт новый канал информации о сверхсильной гравитации, что очень важно для проверки теории Эйнштейна.

— Насколько я знаю, ученый надеялся, что с помощью этого проекта можно будет не только исследовать черные дыры, но и открывать «кротовые норы». Как вы думаете, получится?

— Этим проектом сейчас заинтересовались Китай, Индия, даже американцы, несмотря на санкции. Сейчас есть реальная надежда, что «Миллиметрон» запустят, и тогда, несомненно, случится прорыв в области экстремальной гравитации и всей мировой астрофизики.

КСТАТИ

В 2024 году ученые обнаружили самую массивную черную дыру в нашей Галактике — Gaia BH3. Она в 33 раза больше массы Солнца и расположена относительно близко к Земле — на расстоянии 2000 световых лет. Эта черная дыра считается «спящей» — она не поглощает вещество от ближайшей звезды.

ДОСЬЕ

Анатолий Михайлович Черепащук — советский и российский астрофизик, доктор физико-математических наук, профессор, академик РАН. В 1964 году окончил астрономическое отделение физического факультета МГУ. С 1986 года — заведующий кафедрой астрофизики и звездной астрономии астрономического отделения физического факультета МГУ.