Моя жизнь в астрономии

Свойства черных дыр столь необычны, что в их существование верится с трудом. Поэтому предложены теории гравитации, альтернативные ОТО Эйнштейна, в которых черных дыр не существует. Это делает проблему поиска и исследования черных дыр во Вселенной особенно интригующей и интересной. Отметим, что, хотя за шестьдесят лет исследований обнаружены десятки кандидатов в черные дыры звездных масс (М ≈ 10 солнечных масс) и сотни кандидатов в сверхмассивные черные дыры (М ≈ 10⁶ ÷ 10¹⁰ солнечных масс), а также несмотря на то, что все наблюдательные проявления этих массивных и чрезвычайно компактных объектов прекрасно согласуются с предсказаниями ОТО для черных дыр, до 2015 года окончательных доказательств того, что компактные объекты звездных масс являются черными дырами, по наблюдениям в электромагнитном рентгеновском канале не удавалось получить.

Все дело в том, что черные дыры, согласно ОТО, не обладают наблюдаемыми поверхностями. А доказать отсутствие наблюдаемой поверхности у объекта гораздо сложнее, чем доказать ее присутствие. Хотя по очень точному высказыванию академика, нобелевского лауреата В. Л. Гинзбурга, наблюдательные данные в электромагнитном канале укрепляют нашу уверенность в том, что черные дыры реально существуют. Отметим, что в июле 2011 года был осуществлен успешный запуск на орбиту вокруг Земли космического радиоинтерферометра «Радиоастрон» (руководитель программы академик Н. С. Кардашев), угловое разрешение которого лучше 10^-5 секунды. Это дает принципиальную возможность наблюдать процессы вблизи горизонтов событий черных дыр, расположенных в ядрах ближайших галактик.

Можно надеяться, что такие эксперименты позволят получить окончательные доказательства существования черных дыр во Вселенной. К сожалению, «Радиоастрон» работал в сантиметровом диапазоне радиоволн. В этом диапазоне плазма, окружающая сверхмассивную черную дыру, непрозрачна, что не позволяет «пробиться» к горизонту событий черной дыры. Ниже мы расскажем о результатах наблюдений сверхмассивных черных дыр с помощью межконтинентального радиоинтерферометра EHT (телескоп для наблюдения горизонтов событий черных дыр), который работает на коротких радиоволнах и с помощью которого ученым удалось построить изображения «теней» сверхмассивных черных дыр в центрах галактики M87 и нашей Галактики. Роль астрономии при изучении черных дыр состоит в измерении масс и радиусов компактных объектов.

Как уже отмечалось выше, согласно теории эволюции звезд с учетом ОТО, если масса ядра звезды в конце эволюции превышает три солнечные массы, то в результате гравитационного сжатия (коллапса) этого ядра образуется черная дыра. Для звездных ядер с массой менее трех солнечных конечная стадия эволюции звезды приводит к формированию нейтронной звезды или белого карлика. Поэтому главная задача для астрономов – это измерение массы компактного объекта. Если компактный объект входит в двойную систему, спутник которой – нормальная звезда, то, изучая движение этой звезды с помощью спектральных и фотометрических наблюдений, можно, используя закон тяготения Ньютона, определить массу компактного объекта. Если масса этого объекта превышает три солнечных, то он может рассматриваться как кандидат в черные дыры. Радиус компактного объекта в двойной системе по наблюдениям в электромагнитном канале можно оценить по быстрой переменности рентгеновского излучения, возникающего при аккреции вещества спутника – нормальной звезды.

Для большинства кандидатов в черные дыры измеренные таким способом радиусы не превышают величины в несколько гравитационных радиусов. Вот почему начало эры рентгеновской астрономии в 1972 году означало переход к систематическим поискам черных дыр во Вселенной. Как я уже писал, первым кандидатом в черные дыры оказался объект Cyg X-1 – рентгеновская двойная система, состоящая из массивной звезды спектрального класса B0Ib и аккрецирующего релятивистского объекта с массой более 5,6 солнечной (наша оценка, совместно с В. М. Лютым и Р. А. Сюняевым, полученная в 1973 году). Поскольку один из первых открытых рентгеновских источников (Cyg X-1) оказался кандидатом в черные дыры, у ученых появилась надежда на то, что дальнейшие рентгеновские наблюдения позволят открыть много массивных компактных рентгеновских источников – кандидатов в черные дыры.