Наличие черной дыры в центре Млечного Пути все еще не доказано

Нобелевскую премию по физике на этот раз присудили исследователям самых загадочных космических объектов. Нобелевский комитет условно разделил награду на теоретическую и практическую части: за теорию наградили математика Роджера Пенроуза, который обосновал наличие горизонтов событий, а за практические достижения – Райнхарда Генцеля и Андреа Гез, описавших сверхмассивный объект в центре Млечного Пути. Ученые допускают, что в скором времени за исследования черных дыр будет вручена еще одна Нобелевская премия, и ее наиболее вероятным лауреатом называют руководителей консорциума Event Horizon Telescope, которые в прошлом году представили первое в истории изображение черной дыры.

О том, что в центре нашей галактики находится черная дыра массой в 4 млн Солнц, написано в школьных учебниках, об этом рассказывают ученые в научно-популярных программах по ТВ. Словом, это общеизвестный факт. Но формулировка Нобелевского комитета данный факт обошла стороной, присудив премию Генцелю и Гез с формулировкой «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре галактики». Почему?

Академик РАН Анатолий Черепащук, возглавляющий кафедру астрофизики и звездной астрономии астрономического отделения физического факультета МГУ, объясняет, что формально Генцель и Гез не доказали, что объект, обозначаемый как Sagittarius A* (Sgr A*), является черной дырой. Чтобы полностью доказать, что в центре нашей галактики находится именно черная дыра, необходимо показать, что у объекта нет наблюдаемой поверхности, а есть только горизонт событий, объяснил Черепащук. «Генцель и Гез сделали следующее, – рассказывает он. – Они изучали движение звезд в объекте Sgr A*. Благодаря этому они первыми представили наиболее надежную оценку объекта в центре галактики. После них уже пошли другие работы, но эти ученые первыми сказали «мяу». И что важно: они применили очень интересную и нетривиальную технологию наблюдений, чтобы увидеть отдельные звездочки. Это очень красивый сам по себе эксперимент. Очевидно, премия присуждена не только за результат, но и за технологию наблюдения».

Измерять скорость движения звезд вблизи центра галактики – сложнейшая задача. Потому что видеть их напрямую не позволяют пылевые облака – нужно использовать инфракрасный диапазон. Генцель и Гез задействовали крупнейший на тот момент телескоп Кека, расположенный на Гавайских островах, и применили адаптивную оптику, поскольку расстояние этих звезд от описанного ими компактного объекта, если мы смотрим с Земли, измеряется десятыми и сотыми долями угловых секунд. Нестационарность земной атмосферы размывает изображение, и поэтому объекты, расположенные так близко, сливаются.

Ученые применили хитрую технику, которая позволяет достичь высокого углового разрешения телескопа – метод спекл-интерферометрии, рассказывает Черепащук: «Благодаря этому они смогли проследить за каждой звездой вблизи объекта, а там их несколько десятков. И смогли определить не только скорость, но и направления движения. А у двух звезд они даже померили орбиты. Получив эти параметры, вы можете определить массу центрального притягивающего объекта. Вот они это и сделали. Но в то же время они не доказали наличие горизонта событий у этого объекта. Поэтому Нобелевский комитет и сформулировал так осторожно: «определение массы компактного объекта». Потому что формально наличие черной дыры в центре Млечного Пути не доказано».

Над окончательным решением вопроса о черной дыре в центре галактики сейчас и трудится команда Event Horizon Telescope (EHT), это глобальная сеть радиотелескопов, разбросанных по всей Земле. Задача EHT – наблюдение за объектом Sagittarius A* и за черной дырой в сверхгигантской эллиптической галактике М 87. В апреле 2019 г. EHT опубликовала первое в истории изображение черной дыры в центре М 87. Ее тень окружала фотонная сфера.

Команда EHT сейчас работает над получением изображения Sagittarius A*. «Когда это случится, тогда будет окончательно доказано, что это не просто массивный и компактный объект, но объект, у которого нет наблюдаемой поверхности, а есть горизонт событий, – говорит Черепащук. – И тогда, я думаю, будет присуждена вторая Нобелевская премия за изучение черных дыр. Уже за получение их изображений».

Что же до теории, то природу черных дыр обосновал своими работами именно математик Роджер Пенроуз. «Он показал, что если в гравитационном поле сжимаются объекты, то обязательно должны присутствовать сингулярности, – объясняет Черепащук. – Никакими вращениями, асимметриями не избежать сингулярности, т. е. формально бесконечно большой плотности. И он показал, что эти сингулярности должны быть покрыты горизонтами событий. Пенроуз таким образом сформулировал принцип «космической цензуры»: если у вас образуется сингулярность, то вокруг нее образуется и некоторая поверхность, которая не позволяет вам заглянуть за нее и увидеть саму эту сингулярность. Сингулярность всегда скрыта от наблюдателя горизонтом событий». Новаторская статья Пенроуза о природе черных дыр, опубликованная в 1965 г., до сих пор считается важнейшим вкладом в общую теорию относительности со времен Эйнштейна, говорится в релизе Нобелевского комитета.