Наука и образование

№43 от 22 октября 2020 года

Статья

Комментарии (0)

Тайны черной дыры

Нобелевскую премию по физике в этом году, впрочем, как и в прошлом, отдали ученым «за космос». Профессору математики Оксфорда Роджеру Пенроузу  «за открытие, подтверждающее тот факт, что общая теория относительности реально указывает на рождение черных дыр», а также двум астрономам: Райнхарду Генцелю (Германия) и Андреа Гез (США) – «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей Галактики».

Отчего стала так важна для нас Вселенная? Почему премию за открытие черных дыр вручают сейчас, когда об их существовании говорят уже много лет?  Что об этом думает сотрудник Центра фундаментальных взаимодействий и астрофизики Института физики Национальной академии наук Беларуси кандидат физико-математических наук Иван Сивцов.
– К сожалению, Стивен Хокинг не дожил до такого вот признания общественностью, как Нобелевская премия, но он работал вместе с Роджером Пенроузом. Взяв за основу уравнения общей теории относительности, ученые сумели показать, что при определенных начальных условиях – коллапсе больших звезд – появляется гравитационная сингулярность, то есть область, где пространственно-временной континуум настолько искривлен, что там перестают действовать все известные нам теории. Это и есть один из признаков черной дыры – разрыв пространства и времени. Свет и все, что мы можем себе представить, попадая туда, условно говоря, пропадают. Что происходит внутри ее вблизи сингулярности, пока ни одна теория не может рассказать...
Начиная с 1990-х годов благодаря появлению более совершенных астрономических инструментов наступила эра прецизионной (высокоточной. – Авт.) космологии. Мы познаем строение Вселенной во все больших масштабах и точности. И это несмотря на то, что впервые решение, показывающее существование черных дыр, получили еще в 1916 году, более 100 лет назад – в самом начале появления теории относительности. К нему в результате расчетов первым пришел Карл Шварцшильд – знаменитый немецкий астроном и физик.
Научному сообществу (физикам) потребовались годы, чтобы придумать, а затем принять столь необычную концепцию определения черной дыры, обладающей такими важными необычными качествами, как разрыв причинной структуры пространства и времени. Есть у нее главная удивительная особенность: если вы, условно говоря, попадаете внутрь нее – проходите через горизонт событий, то ни на какие процессы снаружи уже не сможете повлиять...

Экзотика Большого взрыва
– То есть что в черную дыру упало, то пропало?
– Можно и так сказать. Кстати, эта теория применима не только к черным дырам, но и важна для вопроса о появлении нашей Вселенной. Она доказывает, что Вселенная началась с Большого взрыва. После него стали появляться не только звезды, но и столь экзотические «продукты», как черная дыра. Снаружи она выглядит как застывшая конфигурация, которая в процессе формирования затухает, гаснет-гаснет и, наконец, пропадает, если на нее ничего снаружи не падает дополнительно.
Но на самом деле она никуда не девается, а «переформатируется». Дыра есть, о чем говорит тот факт, насколько сильно отклоняется свет, искривляются пространство и время. Ее сложно заметить, так как она обладает очень маленьким в сравнении со звездами размером. И определяют ее по таким вот косвенным признакам, как отсутствие видимой поверхности и маленький размер.
– А как в одной компании с Нобелевским лауреатом Пенроузом оказались Генцель и Гез: о каком «сверхмассивном компактном объекте в центре нашей Галактики» идет речь?
– Этот объект, конечно же, черная дыра. Генцель и Гез – лидеры двух групп астрономов, которые долгое время работали над созданием адаптивной оптики для наземных телескопов, ранее дававших по причине помех атмосферы «замыливание» изображений. Оба ученых предложили концепцию и путь создания новых наземных телескопов, благодаря которым смогли обнаружить звезды рядом с центром Галактики. Оказалось, что они очень быстро вращаются: некоторые даже совершили за время наблюдений больше одного оборота вокруг центрального объекта Млечного пути. Это показало, что он очень маленький, и стало главным доказательством того, что там находится черная дыра. Кстати, астрономы даже определили ее массу. Она составляет около 4 миллионов солнечных масс. Но пока человечество еще не обладает точными знаниями относительно расстояния до центра Галактики, величина находится в состоянии уточнения. Тем не менее доказательств существования черных дыр у нас предостаточно, и подавляющее большинство ученых не сомневается в их существовании.

Каждой галактике по «звездоеду»
– Угрожает ли черная дыра звездам нашей Галактики в целом и Земле в частности?
– В принципе, нет. Чтобы быть «съеденной», звезде нужно очень близко подойти к ней. Притом если самые массивные известные черные дыры «весят» примерно 10 млрд солнечных масс, то есть их «поперечник» только 10 млрд километров, и если сравнить с размерами Солнечной системы, то они не такие уж и большие. А «едят» дыры только то, что близко к ним подходит и постепенно стекается в центр.
Нам неизвестно, что происходит внутри черных дыр, но, тем не менее, знаем, что они не съедают все, что на них падает, полностью, а все же кое-что выбрасывают. Это джеты – разогнанные почти до скорости света потоки вещества, питающие самые мощные длительные источники излучения во Вселенной – активные ядра галактик. Но данный процесс, как и то, какую тайну несут в себе сами дыры, мы не до конца понимаем. Черные дыры остаются предметом дальнейших дискуссий ученых. Недавно был сделан снимок сверхмассивной ЧД в одной из галактик, на котором получено характерное искажение света. Буквально месяц назад  это фото удалось превратить в «мультфильм». Тем не менее  экзотические объекты стали видимыми. И достижение этого определяется во многом полетом фантазии...
– Как встретили белорусские ученые сообщение о том, что их коллеги по астрофизическому «цеху» удостоены Нобелевской премии?
– Безусловно, мы обрадовались. Факт награды подтверждает важность астрофизики для человечества. Идет революция в понимании и осознании Вселенной. Многое мы все еще не можем толком объяснить, однако очевидно, что центры всех галактик имеют «собственные» массивные черные дыры, способные поглощать звезды и окружающий их газ, при этом сама дыра проявляет активность – излучает в различных диапазонах волн и выбрасывает часть падающего на нее вещества. Пока такая черная дыра ничего «не ест», она не является активной. А когда начинает поглощать то, что находится снаружи нее, то по излучению ей и присваивается статус активной.
– Над чем работаете сегодня вы и ваши коллеги: есть ли интерес к прикладной науке или все мысли – в космосе?
– Изучаем гамма-всплески, физику высокотемпературной релятивистской плазмы, воздействие гравитации на квантовые системы. К прикладным можно отнести наши наработки, которые актуальны для физики термоядерного синтеза. Во Франции строится экспериментальный термоядерный реактор ITER, у разработчиков которого есть проблемы моделирования релятивистской плазмы. Мне кажется, наши исследования будут для них полезны. Кстати, термоядерные технологии могут стать актуальными и для энергетики Беларуси.
Тамара МАРКИНА