Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Астрономы часто называют это открытие “новой Коперниканской революцией”. Прежде всего нам теперь известно, что люди не находятся ни в центре Вселенной, ни в центре Млечного Пути, ни в центре нашей Солнечной системы. Более того: наши тела и весь наш мир состоят из материи, которую по меркам всей Вселенной можно считать редкой и даже экзотической. Однако мне нравится смотреть на это с другой точки зрения: мы теперь знаем, что сотканы из совершенно особого материала.

Между темной материей и темной энергией с одной стороны и черными дырами с другой нет непосредственной связи, хотя последние и могут показаться столь же таинственными и темными. Темная материя, безусловно, может попасть в черные дыры и заставить их расти. Однако это, вероятно, происходит только в очень малой степени, потому что темной материи в центрах галактик очень немного, она рассредоточена по всему пространству. И темную энергию во Вселенной тоже можно обнаружить только на больших масштабах, и теоретически она не должна менять структуру черных дыр – ведь дуновение воздуха не может обрушить Эверест, даже несмотря на то, что вся масса воздуха на Земле в десять тысяч раз тяжелее этой одной горы. Тем не менее неизвестная природа темной материи и темной энергии привлекает внимание исследователей к пробелам в нашем понимании физики. Кроме всего прочего, новая теория пространства и времени, учитывающая темную материю и энергию, могла бы изменить и уравнения, описывающие поведение черных дыр.

Часть III Путешествие за изображением черной дыры Моя поездка на Телескоп горизонта событий и получение первого изображения черной дыры

Завораживающий мусоросборник

Я вырос поблизости от кёльнского квартала Зюдштадт, расположенного в десяти минутах ходьбы от физического института при Кёльнском университете и теперь всегда заполненного студентами. Позже, поступив в университет, я слушал там свои первые лекции, а затем, будучи приглашенным лектором, и преподавал. Но когда я был маленьким, мой мир ограничивался тротуаром перед нашим домом, где я обычно играл с другими детьми. Наша улица тогда еще была вымощена булыжником, и самым счастливым событием для меня являлся еженедельный приезд большого мусоровоза. Из него выходили мусорщики в оранжевой рабочей форме и ловко выкатывали к мусоровозу, стоящему перед домом, большие контейнеры с заднего двора. Мне ужасно хотелось быть водителем мусоровоза и водить супергрузовик, который захватывал бы гигантские контейнеры и пережевывал мусор. Меня восхищало то, что мусорщики могли управлять такой мощной машиной простым поднятием рычага. В выборе карьеры я тогда не сомневался: я стану заниматься чем‐то, что связано с огромными машинами!

Однако позже я увлекся физикой и в качестве темы работы на степень магистра выбрал черные дыры. И тут внезапно обнаружились удивительные параллели с моим детским увлечением. Черные дыры – это, по сути, космические мусоросборники, которые с невероятной силой притягивают к себе не только крупные звезды, но и молодых студентов колледжей. Я писал свою магистерскую диссертацию под руководством профессора Питера Бирманна, необычайно щедро делившегося со студентами разнообразными идеями. Они у профессора всегда были сумасшедшие, и он любил обсуждать их с нами. У Бирманна имелись знакомые по всему миру, он много путешествовал и знал, какие направления в астрономии были модны. Но, что еще более важно, пока он находился в разъездах, мы могли спокойно работать! Мои собственные докторанты хорошо знакомы с этим режимом – я тоже много путешествую. Тем не менее Бирманн оставался физиком старой школы: обычно в процессе разговора он хватал мел, проделывал на доске все важные расчеты и получал приблизительные результаты; а еще он умел вычислять логарифмы в уме. Его отец, Людвиг Бирманн, был директором Института физики и астрофизики Общества Макса Планка в Мюнхене и в свое время опубликовал важную работу по магнитному полю Солнца. В доме Бирманна бывали такие светила науки, как Вернер Гейзенберг и Отто Ган, которого юный Бирманн звал просто “дядей Отто”.

7 Галактический центр

Однако в первый раз я подпал под чары черных дыр не в аудитории, а после прочтения в журнале Spektrum der Wissenschaft (немецкое издание Scientific American) статьи Чарлза Таунса и Рейнхарда Гензеля. Эти ученые предположили, что одна из потрясающих сверхмассивных черных дыр с массой примерно в два миллиона масс Солнца может скрываться даже в центре нашего Млечного Пути[96].