Лучший способ измерить вращение – воспользоваться данными о внутренней зоне аккреции: спектроскопией линии железа, квазипериодическими осцилляциями и редкими событиями разрыва небесного тела приливными силами
[305]. Каковы пределы скорости вращения компактных звезд? Если речь идет о нейтронных звездах, ее можно измерить только у тех, чья горячая точка излучает радиоволны, пересекающие небо, как луч прожектора. Самый быстрый пульсар совершает 716 оборотов в секунду
[306]. Теория предполагает, что предел равен 1500 оборотов в секунду и что при большей скорости нейтронная звезда развалится. Максимальная скорость вращения черной дыры не зависит от структуры материи, поскольку всю информацию скрывает горизонт событий. Она определяется скоростью вращения, при которой точка на окружности горизонта событий имеет скорость света. GRS1915 + 105 в 35 000 световых лет отсюда совершает головокружительные 1000 оборотов в секунду. Это больше 85 % максимальной скорости. Эталонная черная дыра Лебедь Х-1 вращается не так быстро, но и ее 790 оборотов в секунду – это 95 % теоретического предела
[307].
Попробуем вообразить подобных кружащихся дервишей. GRS1915 + 105 имеет массу в 14 солнечных, поэтому ее радиус Шварцшильда – 42 км. Представим, что такая черная дыра зависла в стратосфере над Лондоном. Это было бы темное пятно, закрывающее десятую часть неба и отбрасывающее тень не только на Лондон, но и на бо?льшую часть южной Англии. GRS1915 + 105 в 300 раз меньше Земли, но намного массивнее Солнца. Турбина боевого реактивного самолета вращается так быстро, что издает звук двумя октавами выше среднего «до» из диапазона сопрано. Если бы черная дыра могла издавать звук, он был бы такой же высоты, хотя черная дыра – размером с мегаполис!
Рассмотрим противоположную крайность – большого компаньона в двойной системе черных дыр из активной галактики OJ 287 в 3,5 млрд световых лет от нас. Масса этой черной дыры составляет 18 млрд масс Солнца, радиус Шварцшильда – 50 млрд км, а точка на ее экваторе движется со скоростью 100 000 км/с – это треть скорости света
[308]. Такая картина труднее поддается визуализации, но давайте попробуем сопоставить подобную сверхмассивную черную дыру с Солнечной системой. Она в десять раз больше Солнечной системы, но имеет массу маленькой галактики. Черная дыра такого размера лениво вращается вокруг своей оси, но все-таки успевает совершить оборот за пять недель. Для сравнения приведем следующий пример – чтобы показать, насколько это необычно: небесное тело в Солнечной системе, подчиняющееся законам Ньютона и расположенное на таком же расстоянии от Солнца, что и горизонт событий этой черной дыры, совершало бы полный оборот за 5000 лет. Ничто в ближней Вселенной не предупреждало нас о столь быстром движении.
Телескоп горизонта событий
«Мы сделали невозможное». Шеп Долеман потягивал чай из листьев коки, чтобы справиться с последствиями пребывания на высоте 5000 м, на вершине вулкана в южной Мексике. Несмотря на оптимистичное заявление, ночью не все идет гладко: возникают проблемы с инструментом, а в радиотелескоп неуклонно забивается свежий снег. «Если что-то пляшет на краю черной дыры, более фундаментальных наблюдений быть не может. Будем надеяться, что найдем что-то удивительное»
[309].
Долеман изучал физику в Рид-колледже в Портленде, штат Орегон – там естественники ставили эксперименты на собственном ядерном реакторе, а в студенческом клубе было не продохнуть от марихуаны. Одолеваемый тягой к путешествиям, он взял двухлетний тайм-аут перед магистратурой и бо?льшую часть этого времени посвятил научным экспериментам в Антарктике. В магистратуре Массачусетского технологического института он попробовал себя в физике плазмы и геологии и остановился на радиоастрономии, увидев красивые изображения джетов квазаров, полученные методом интерферометрии с очень длинной базой. Долеман понял, что этот метод идеально подходит для получения изображений черной дыры, и он точно знал, где ее искать – в сверхкомпактном радиоисточнике в направлении Стрельца, который называется Стрелец А*.
Центр нашей Галактики – отличное поле для подобного исследования. Именно в нем находится самое убедительное свидетельство существования объекта-кандидата на звание черной дыры, к тому же очень простого в изучении. Горизонт событий черной дыры в центре Галактики виден под углом в 50 угловых микросекунд. Это крохотный угол, но его в десять раз проще рассмотреть, чем горизонт событий сверхмассивных черных дыр во внешних галактиках, и в несколько тысяч раз проще, чем горизонт событий ближайших черных дыр звездной массы. Поэтому вокруг объекта собрались астрономы, мечтающие «прозондировать» черную дыру и проверить общую теорию относительности новыми способами.
Долеман – молодой руководитель проекта под названием «Телескоп горизонта событий»
[310]. Телескоп горизонта событий – не отдельная конструкция, а система из 11 радиотелескопов, рассредоточенных по всему миру. Все эти тарелки, от Чили до Антарктики и от Гавайев до Аризоны и Испании, работают согласованно, воспроизводя предполагаемую разрешающую способность одного телескопа – размером с Землю. Для работы с телескопом размером с весь мир нужны атомные часы, отклоняющиеся лишь на секунду за столетие. В проекте участвуют астрономы из 20 научных организаций. Данные собираются на коротких радиоволнах миллиметровой длины или меньше. На миллиметровые радиоволны влияет водяной пар в атмосфере, поэтому большинство телескопов находится в холодных и сухих местах. В результате Долеман вынужден не только работать с телескопами, которые забиты снегом, но и носить кислородную маску, тестируя оборудование на высоте более 5,3 км в Андах, и рисковать получить обморожение при работе с телескопом на Южном полюсе.
Группа из 30 ученых и инженеров работает с тарелкой радиотелескопа на горе Китт-Пик в южной Аризоне – это критически значимая часть системы. Мои коллеги из Аризонского университета Ферьял Озел и Димитриос Псалтис с помощью численных релятивистских расчетов и трассировки лучей на мощном суперкомпьютере могут вывести внешние признаки черной дыры. Другой коллега, Дэн Мэррон, каждую зиму проводит в Антарктиде, обслуживая одну из антенн системы – телескоп Южного полюса. Всем этим ученым – за сорок, они принадлежат к поколению, твердо решившему добраться до дна черных дыр – по крайней мере в переносном смысле.
