В 2015 году лазерно-интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория LIGO (Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory, США) предсказала, какова будет финальная стадия эволюции OJ 287. Дважды обсерватория регистрировала гравитационные волны от двойных систем, состоящих из черных дыр на конечных этапах эволюции, в которых каждая черная дыра в десятки раз превосходила Солнце, а затем оставался отголосок только от одной из них.
В системе OJ 287 черные дыры гораздо массивнее, и, как следствие, конечное слияние двух черных дыр в сердце объекта OJ 287 будет посылать гравитационные сигналы на частотах, слишком низких для приемников LIGO. Но конец будет таким же. Где бы на просторах Вселенной ни схлестнулись две черные дыры из двух различных галактик, в итоге останется только одна, самодовольная и надежно закрепившаяся в центре.
Интервью: фотографирование гигантов
Дэн Маррон – астроном из Обсерватории Стюарта Аризонского университета. Он является участником проекта «Телескоп горизонта событий», цель которого – сделать первый снимок черной дыры.
Черная дыра по определению черная. Как же вы хотите ее сфотографировать?
Если вы посмотрите непосредственно на черную дыру, она действительно будет выглядеть темной, поскольку свет она не испускает. Но вокруг нее вы увидите яркое кольцо, образованное фотонами, которым повезло не попасть внутрь черной дыры и которые пару раз проскользнули по краю. Нам представляется, что именно этот свет мы сможем увидеть в наш «Телескоп горизонта событий» (EHT, Event Horizon Telescope).
Телескоп EHT является «телескопом всей Земли». Как он работает?
В радиоастрономии, чтобы получить разрешение лучшее, чем от одного телескопа, вы записываете сигналы от многих телескопов по всему земному шару и складываете их друг с другом. У вас получается как бы один телескоп размером со всю Землю.
Какие черные дыры являются вашей целью?
Наша цель – Стрелец A*, сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики, а также черная дыра в центре M87, крупнейшей галактики в скоплении галактик Девы. С помощью телескопа размером с Землю и на частотах наших наблюдений мы можем наблюдать черные дыры именно такого размера.
Любое изображение черной дыры до сих пор было лишь плодом воображения художника. Совпадет ли реальность с ожиданиями?
Вопрос о создании образа на основании наших измерений – вопрос щекотливый. Цвета нашего изображения будут весьма условными и будут передавать лишь яркость изображения в том или ином месте. Наше изображение будет далеко не так красиво, как у художника. Галактика размывает свет, идущий к нам от черной дыры, поэтому многие особенности мы просто не увидим. Но любая картинка не разочарует нас – ведь мы увидим то, что никто еще никогда не видел.
А как насчет того, чтобы снять видеоролик, что-то типа фильма «Черная дыра»?
Да, мы сможем сделать это, если вокруг черной дыры что-то вращается, как мы и ожидаем. Если вокруг черной дыры вращается газ, то ему для падения на черную дыру понадобится от четырех до двадцати семи минут в зависимости от скорости вращения черной дыры. Если мы будем наблюдать несколько дней и увидим изменения в структуре, мы сможем представить это как видеоролик.
Что вы надеетесь узнать из этого изображения?
Будет важна сама возможность просто сфотографировать черную дыру и показать тень на том месте, откуда не может вырваться свет. Кроме того, нам нужно многое узнать о структуре черной дыры в нашей собственной галактике и о том, что происходит с черной дырой, когда ей не хватает «питательного материала», что, по-видимому, имеет место в Стрельце A*.
Мы также ожидаем, что сможем проверить общую теорию относительности, которая утверждает, что кольцо света вокруг черной дыры должно быть совершенно круглым. Если теория относительности не работает в таком мощном гравитационном поле, где гравитация достигла своих пределов, тогда кольцо света не будет совершенно круглым.
Скрываются ли другие вселенные за черными дырами?
На ранних порах космической молодости причуды пространства-времени могли создать кротовые норы, связывающие нас с обширной мультивселенной. Если это действительно так, теория может помочь объяснить, каким образом сверхмассивные черные дыры в центрах галактик так быстро достигли своих размеров, и это означало бы, что каждая из этих гигантских черных дыр скрывает внутри себя целую вселенную.
Идея о том, что наша Вселенная – всего лишь одна из ошеломительно большого количества вселенных, следует из космологической теории вечной инфляции. Эта теория была выдвинута в 1980-е годы для объяснения некоторых загадочных результатов наблюдений, которые не могла объяснить теория Большого взрыва. Она предполагает, что далеко-далеко за пределами нашей Вселенной пространство-время расширяется по экспоненте, удваиваясь в объеме каждую долю секунды. Время от времени новый «пузырь» пространства-времени выпадает из этого сумасшедшего процесса расширения, чтобы основать клочок более спокойного пространства, как сделала наша Вселенная почти 14 миллиардов лет назад. Но даже после того, как быстрое расширение заканчивается в новой вселенной, другие вселенные-младенцы продолжают рождаться в других местах, умножая распростертую во все стороны мультивселенную.
На что похоже падение в черную дыру?
При отсутствии достоверных свидетельств очевидцев в ответе на этот вопрос мы должны полагаться на теорию относительности.
Теория относительности говорит, что с точки зрения стороннего наблюдателя вы никогда полностью не упадете в дыру. По мере того, как вы (вернее, ваше изображение) приближаетесь к горизонту событий, притяжение черной дыры начнет выкидывать шутки со временем. Для внешнего наблюдателя ваш образ вместо того, чтобы стремительно падать вниз, начнет замедлять падение, все медленнее и медленнее приближаясь к горизонту событий, но никогда не достигая его до конца. Вместе с тем ваш образ «краснеет», затем «инфракраснеет», а после вообще превращается в радиоволну с постоянно растущей длиной.
Лично для вас падение будет выглядеть по-другому, но подробности нам не известны. По мере того, как вы будете приближаться к дыре, россыпь звезд и галактик на небе начнет коробиться и «синеть», становясь яркой до изнеможения. Согласно вашим часам и ощущениям, вы быстро достигнете горизонта событий. Вы можете преодолеть его без единой царапины, а можете и столкнуться с «огненной стеной» и распасться на элементарные частицы. Если вы выживете, то, вероятно, дойдете почти до центра черной дыры, где градиент силы притяжения настолько силен, что разорвет вас на куски в процессе, который получил название «спагеттификация». Но некоторые теории утверждают, что вас может выбросить через кротовую нору в новую вселенную, где, скорее всего, вашим рассказам никто не поверит.
Александр Виленкин (род. 1949) из Университета Тафтса в Медфорде (штат Массачусетс, США) и его коллеги задались вопросом: смогут ли они обнаружить признаки существования мультивселенной? Они построили математическую модель и проанализировали судьбу пузырей, образованных во время инфляции. Они обнаружили, что некоторые отделившиеся пузыри будут сформированы наполовину: в них будет продолжаться инфляция, хотя и с другой скоростью. Некоторые из них попадут в наш уголок пространства, а когда он полностью прекратит раздуваться, эти «недоделанные» пузыри прочно застрянут в нем. Нам они будут казаться черными дырами. Пузыри, образовавшиеся сравнительно поздно, будут меньше; они должны будут коллапсировать в стандартные черные дыры, внутри которых не будет ничего, кроме бесконечно плотной точки – сингулярности. Но пузыри, образовавшиеся ранее, будут больше, создавая более крупные черные дыры. Внутри этих пузырей раздувающееся пространство-время может породить свою собственную мультивселенную.
