Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы
Шрифт:
Только теперь наша команда готова использовать три отобранные алгоритма с обновленными параметрами при обработке реально измеренных данных для M87. В итоге мы получаем три слегка различающиеся, но четкие изображения. Я никак не ожидал, что снимки будут такими красивыми. На них виден светящийся красный круг с темным пятном посередине. Цвет не случаен; он обусловлен теоретическими результатами нашей старой статьи о тени черной дыры. Коллега из Аризоны [177] немного скорректировал и подправил цветовую гамму. Увидеть радиочастотное излучение невозможно, но после публикации нашего изображения красное свечение будет ассоциироваться с черными дырами. Потом даже NASA стало использовать красный цвет для компьютерной анимации черной дыры [178] . Когда позднее я рассказал историю окрашенных в красный цвет радиоволн композитору Лотару Коссе, автору современной христианской музыки поклонения и прославления, он с восторгом сказал: “Я вижу цвета, о которых даже не подозревал”. Думаю, сказано очень точно.
177
Чи-Кван
178
Francis Reddy. Nasa Visualization Shows a Black Hole’s Warped World. // nasa.gov, September 25, 2019. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-visualization-shows-a-black-hole-s-warped-world.
Такие изображения уже можно обнародовать. Вроде как заключена тайная помолвка, и с этого дня начинаются приготовления к свадьбе.
Группа анализа готовится начать проверку результатов. Теперь работа идет полным ходом. Теоретики [179] трудятся круглосуточно. Используя суперкомпьютеры, они составляют гигантскую библиотеку моделей черных дыр, чтобы иметь возможность сравнивать их с нашими данными. Такого крупномасштабного и детального моделирования черных дыр не было еще никогда.
179
Теоретические группы EHT сформировалась вокруг Чарльза Гамми в Иллинойсе, Рамеша Нараяна в Гарварде, Лучано Реццолла во Франкфурте и Моники Мошчибродской в Неймегене.
Другая команда [180] должна быть готова измерить черную дыру. Каковы ее размеры? Мы можем определить ее массу? А ориентацию?
От того, что за такое короткое время удалось сделать, захватывает дух; о бесчисленных подвигах – существенных и не очень – можно слагать легенды. Все выкладываются полностью, но адреналин и множество бессонных ночей дают о себе знать. То тут, то там кто-нибудь доходит до предела своих возможностей или даже переходит за этот предел, а кто-нибудь другой отстает или не может справиться с натиском обстоятельств. Кажется, что круглосуточная работа – акт героизма, но она же становится причиной агрессии, от которой одинаково страдают и сами герои, и их коллеги. На фоне впечатляющей глобальной кооперации нет-нет да и проявляет себя архаичное, буквально фанатичное отрицание всего инородного: фракции обрушиваются одна на другую, считая, что используются чужие – “не отсюда” – идеи и методы. Ухудшаются отношения между членами управленческой команды, так что совету директоров и научному совету приходится выступать в роли миротворцев. Одни подливают масло в огонь, другие пытаются его потушить, но в целом все мы – и сообщество EHT как таковое, и каждый из нас по отдельности – по-прежнему преданы общему делу и выполняем свою работу максимально хорошо.
180
Членами этой команды руководили: в Аризоне – Ферьял Озель, в Японии – Кэйити Асада, в Гархинге – Джейсон Декстер и в канадском Институте теоретической физики “Периметр” – Эвери Бродерик. Тем временем Кристиан Фромм из франкфуртской группы BlackHoleCam разработал новый “генетический алгоритм”, позволяющий оценить параметры черной дыры, сравнивая ее изображение с результатами моделирования.
Димитриос Псалтис – научный руководитель проекта – пытается направить этот креативный шторм в более организованное русло и предлагает план публикации. Надо ли быстро обнародовать изображение, сопровождаемое короткой статьей, в одном из больших научных журналов, например, в Nature? Пожалуй, нет – это будет неправильно понято. Мы не должны подставляться: изображение настолько эффектно и настолько необычно, что нас могут обвинить в погоне за сенсацией. Сделано уже очень много, и все наши результаты должны быть задокументированы! После многочисленных обсуждений с нами и со всеми членами научного сообщества Псалтис предлагает план, получивший благословление научного совета: будет написано шесть научных статей. Мы хотим должным образом описать весь научный процесс, необходимый EHT для успешной работы. В него входят: технология РСДБ, калибровка данных, построение изображения, моделирование и анализ изображения – значит, по статье на каждый вопрос. Кроме того, должен быть обзор, обобщающий и классифицирующий полученные результаты. Всего выходит 204 страницы – почти книга, посвященная одному изображению.
В ноябре 2018 года на большое совместное собрание EHT в университет Неймегена приезжает 120 ученых [181] . Здесь пройдет совместное обсуждение всех различных аспектов EHT. Это первое общее собрание со времени последнего раунда наблюдений и после подписания в 2017 году соглашения о создании нашего научного сообщества. Много любви и старания вложила в подготовку этой недельной встречи моя ассистентка Катерина Кенигштайн. Конференция проходила в недавно отреставрированном старом иезуитском монастыре Берхманианум (теперь это корпус Неймегенского университета). Здесь, в старой капелле, под строгими взглядами святых мы будем обсуждать “направление атаки” EHT и шесть планируемых статей.
181
Фотографии
Утром в понедельник я стою на улице у монастыря и ожидаю прибытия автобусов, которые должны привезти моих коллег из близлежащих отелей. Когда открываются двери автобусов, я вижу так много знакомых лиц, что на душе сразу становится тепло. Вокруг царит хорошее, радостное настроение. Часто слышна фраза: “А я вас знаю: видел на экране”. До сих пор многие из нас никогда не встречались лично – лишь виртуально, на бесчисленных многочасовых видеоконференциях.
Через полтора года началась эпидемия коронавируса, многие из нас оказались в карантине, и правила работы большого числа компаний изменились. К тому времени для EHT дневные и ночные видеоконференции уже стали абсолютной нормой, но в 2018 году установленный нами самими карантин был прерван общей конференцией и интенсивной совместной работой. Этот опыт оказался невероятно важен для взаимоотношений внутри EHT. Он показал, какие эмоциональные факторы и социальные аспекты теряются, когда люди общаются друг с другом только с помощью экранов, камер и микрофонов. Атмосфера конференции в Неймегене заставила вспомнить о встречах одноклассников, на которых ты видишь все еще очень тебе близкие, но все же ставшие уже несколько чужими лица.
В перерывах повсюду стоит гул, как в пчелином улье: повсюду стихийно образуются группы, где идет непринужденный разговор. Обычно в это время в Нидерландах серо и сыро, но сейчас, как бы напоминая о тех днях, когда мы проводили наблюдения, погода нам благоволит. Следуя старой РСДБ-традиции, я настаиваю на коротком футбольном матче и даже забиваю гол. (Правда, на следующий день по лестнице подниматься трудновато.) Главное событие недели – прием, который организовала Катерина Кенигштайн в церкви Св. Стефана – самой большой церкви Неймегена. Поначалу выбор места показался мне странным, но потом я сообразил, что в секуляризованных Нидерландах это дает возможность научной организации финансово поддержать храм. Сильное впечатление произвел на всех оперный певец, выступивший на приеме. Когда, выйдя на балкон, он начал петь под аккомпанемент органа, из карманов появились телефоны, чтобы заснять его на видео, и носовые платки, чтобы промокнуть слезы.
На пленарных заседаниях координаторы, отвечающие за каждую из статей, представляют свои индивидуальные планы. Как ответственный координатор основной статьи, цель которой – подвести итог нашей работы, я спрашиваю у присутствующих: “Какова наша концепция? Что за историю мы рассказываем? Какие утверждения мы рискнем сделать?”
Мы определенно видим тень – именно такую, какую можно ожидать от черной дыры. Но, подчеркивает Псалтис, доказать, что черные дыры действительно существуют, мы никогда не сумеем. Можно только утверждать, что наши результаты совпадают с предсказаниями общей теории относительности, – и это совпадение достаточно впечатляющее. Наше изображение соответствует невероятно большому числу изображений, полученных теоретической группой при одно-однозначном моделировании на компьютере искусственных РСДБ-измерений. Это и подарок судьбы, и ее проклятие. Как я уже говорил, тень – очень надежный и очень заметный признак черных дыр. Но мы, например, не можем сказать, вращается ли наша черная дыра, а если вращается, то с какой скоростью.
И все же, поскольку мы научились проникать внутрь светящегося радиотумана, мы видим черное пятно. Имеется прямая корреляция между размером этого пятна и его массой. Кольцо – это свет, окутывающий черную дыру со всех сторон. Он ярче на границе темного пятна, и именно этого следует ожидать, когда газ вращается вокруг черной дыры со скоростью, близкой к скорости света, двигаясь по направлению к нам. В соответствии с общей теорией относительности такое движение с околосветовой скоростью фокусирует и усиливает свет в направлении вперед. Поскольку джет, а с ним и ось вращения плазмы, направлены вверх и вправо от нас и при этом нижняя часть газа движется по направлению к нам, то кольцо должно вращаться по часовой стрелке.
Однако наш главный результат – размер кольца. На языке астрономов его диаметр 42 угловые микросекунды. Кто бы мог подумать, что после всех этих лет, после обработки квадрильона графиков на суперкомпьютерах, ответ на самый главный вопрос – вопрос вопросов! – окажется 42 [182] ?! Все свелось к этому числу.
Нам на Земле кажется, будто черная дыра не превосходит размерами находящееся в Нью-Йорке горчичное зернышко с дырочкой, на которое мы смотрим из Неймегена. Другой пример – волосок, каким мы его видим с расстояния в 350 километров. Поскольку от нас до M87 около 55 миллионов световых лет, это соответствует диаметру в 100 миллиардов километров. Сравнивая с результатами моделирования, мы можем получить невероятную массу этакого чудища: около 6,5 миллиарда масс Солнца. По меркам нашей Солнечной системы длина окружности горизонта событий черной дыры такого размера должна быть в четыре раза больше орбиты Нептуна.
182
В книге Дугласа Адамса “Путеводитель для путешествующих автостопом по Галактике” (и, соответственно, в фильме 2005 г. “Автостопом по Галактике”) ответ на “Главный вопрос жизни, Вселенной и вообще” должен был решить все проблемы Вселенной. Он был получен в результате семи с половиной миллионов лет непрерывных вычислений на специально созданном компьютере – Думателе. По утверждению компьютера, ответ был несколько раз проверен на правильность, но он может всех огорчить. Оказалось, что ответ на вопрос – “42”. – Прим. ред.