Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

В 70‐е годы немецкие радиоастрономы построили самый большой в мире полноповоротный радиотелескоп диаметром 100 метров в небольшом городке Эффельсберг недалеко от Бонна, тогдашней столицы Западной Германии. Будучи аспирантом в Радиоастрономическом институте Макса Планка, в ведении которого находится этот инструмент, я использовал его для своих первых радиоастрономических наблюдений.

Существовал только один радиотелескоп большего размера – 300‐метровая тарелка в обсерватории Аресибо в Пуэрто-Рико, построенная в 60‐е годы Министерством обороны США и позже переданная астрономам. Телескоп был установлен в естественном углублении и не допускал никаких перемещений тарелки. В результате с его помощью можно было наблюдать лишь небольшую часть неба. Этот объект стал известен благодаря фильму “Золотой глаз” о Джеймсе Бонде, в котором главный злодей заливает тарелку водой. В 2020 году кабели оборвались, тарелка сломалась, и радиотелескоп пришлось демонтировать.

Примерно в то же время в городке Грин-Бэнк американцы строили полноповоротную радиотарелку диаметром 90 метров. (Этот городок находится в сельской части штата Западная Вирджиния, которая была объявлена зоной радиомолчания. Сегодня он очень популярен среди тех, кто боится радиации.) Но в 90‐е телескоп в одночасье рухнул из‐за усталости металла. За день до этого мой коллега из Бонна[93] сделал фотографию телескопа – как выяснилось, последнюю: на следующее утро на месте телескопа он уже снимал груды обломков. Как правило, мы, радиоастрономы, не суеверны, но после этого случая все начинали немного нервничать, когда он доставал свою камеру.

Телескоп Грин-Бэнк был построен заново, и на этот раз его средний поперечник стал на один метр больше, чем диаметр 100‐метрового радиотелескопа в немецком Эффельсберге. Я никогда не мог понять, в чем состоит научное обоснование необходимости увеличить диаметр на метр. Совершенно ясно, что эта технология достигла своего предела. Никто не сумел бы – да и не стал бы – строить еще большие телескопы.

Тем не менее нам, астрономам, срочно требовались более крупные установки для получения более четких изображений. Разрешение изображения телескопа зависит от длины волны света и диаметра телескопа: чем больше телескоп, тем четче полученное с его помощью изображение. С другой стороны, оно становится тем более размытым, чем больше длина волны, на которой проводятся наблюдения. Радиоастрономия работает с гораздо большими длинами волн, чем оптическая астрономия, а это означает, что 100‐метровый телескоп в Эффельсберге получает не более четкие изображения, чем человеческий глаз. Черную дыру на этом телескопе вы обнаружить не сможете. Если вам нужны четкие изображения, вы должны придумать что‐то более масштабное. И тут на помощь пришла радиоинтерферометрия. Эта методика состоит в соединении воедино нескольких телескопов с целью создания эквивалентного им одного гигантского телескопа.

Первые после Второй мировой войны успешные радиоинтерферометрические измерения провела Руби Пейн-Скотт из Австралии. У нее была только одна антенна, но для увеличения базы телескопа она использовала поверхность океана в качестве дополнительного радиоотражателя. В 1964 году Мартин Райл построил в Англии One-Mile Telescope (Одномильный телескоп) и позже удостоился Нобелевской премии по физике за успешное объединение трех радиотарелок в один большой телескоп. Для получения все более четких изображений другие радиоастрономы продолжили на том же принципе создавать все более совершенные установки. В Нидерландах на месте бывшего концлагеря Вестерборк (почему‐то более подходящего места не нашлось) была построена сеть из четырнадцати 25‐метровых тарелок. А в Нью-Мексико в Соединенных Штатах появилась радиообсерватория VLA (Очень большая антенная система), состоящая в общей сложности из 27 параболических тарелок диаметром 25 метров каждая. Тарелки могли образовывать различные конфигурации, и их максимальная разрешающая способность была эквивалентна разрешению антенны с диаметром 36 километров, а это означает, что ученые обсерватории в конечном итоге получили в пользование телескоп, который превосходил по площади весь бостонский мегаполис. В течение многих десятилетий он был одним из самых эффективных астрономических инструментов в мире.

В конце концов мы начали соединять между собой радиотелескопы, разбросанные по всему земному шару. Идея заключалась в том, чтобы создавать системы размером с Землю, которые позволили бы получать максимально четкие астрономические изображения. Эта методика получила неуклюжее английское название Very Long Baseline Interferometry, которое астрономы обычно сокращают до VLBI (РСДБ – радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой). Сверхдлинная база получается, когда телескопы располагаются очень далеко друг от друга. Благодаря этой технологии мы теперь имеем глобальные телескопы, и в конечном итоге именно эта технология позволила нам получить изображение черной дыры.

Квазары: поиски сверхтяжелых монстров