Хотя ученые уже давно подозревали, что огромная черная дыра, находящаяся в центре нашей галактики ответственна за странное поведение Вселенной, наблюдаемое в этом регионе, точно подтвердить эту принятую практически всеми астрономами гипотезу пока не удавалось. Сейчас мы как никогда близки к возможности изучить физику явлений, происходящих в центре Млечного пути за счет все возрастающих возможностей по наблюдению за галактикой. Эти наблюдения могут оказаться важным шагом в понимании противоречий между общей теорией относительности и квантовой механикой.

В центре Млечного пути происходят странные вещи. Например, около дюжины звезд вращаются вокруг невидимого объекта. Одна из звезд оказалась на орбите с 16-летним периодом обращения вокруг вроде бы пустого места. Ее линейная скорость движения по орбите составляет 5000 километров в секунду. Скорость движения Солнца по нашей галактике – всего около 220 километров в секунду. Разумеется, Кеплер не задумываясь сказал бы, что все эти звезды обращаются вокруг массивного объекта. Но даже если бы ему дали современные телескопы, он бы ничего не увидел.

«Что особенно важно, у орбит всех этих звезд один фокус [точка эллипса орбиты обращающегося объекта, в которой располагается притягивающее тело – КЖ], – говорит астрофизик Марк Рейд, сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. – Это одна точка на небе, и в этой точке мы ничего не видим». Также стоит добавить, что все это относится к очень маленькой области – всего 100 астрономических единиц.

И все же что-то в этой области заметить удается – это очень слабое излучение радиоволн, идущих от источника, получившего наименование Стрелец А*. Изучив излучение, астрономы пришли к выводу, что источник практически не движется относительно Млечного пути, его скорость – менее 1 километра в секунду, намного меньше чем скорость Земли относительно Солнца. Стрелец А* – центр галактики, и он очень массивен. В противном случае гравитационное воздействие близлежащих объектов заставило бы его двигаться быстрее. По мнению Рейда, «единственный вариант, почему это возможно – огромная масса объекта, связанного с источником Стрелец А*. Анализ показывает, что нижняя грань массы этого объекта – 4 миллиона масс Солнца».

Предел плотности черной дыры

Астрономы не могут увидеть центр нашей галактики в разрешении, достаточном для измерения размера источника Стрелец А*, но наука позволяет сказать, что он не превышает одной пятой астрономической единицы. Это значит, что Стрелец А* вмещает массу 4 миллионов Солнц в пространстве, меньшем, чем в Солнечной системе ограничивает орбита Меркурия. И вся эта масса невидима. Пожалуй, нет смысла сомневаться в том, что это черная дыра.

Такие оценки массы и размеров источника Стрелец А* делают его плотность равной одной восьмой теоретически возможной для черной дыры. Очень уж похоже на одну из них.

«Хотя существуют и другие объяснения источника Стрелец А*, они выглядят намного более фантастично, чем самая обычная сверхмассивная черная дыра, которая итак должна быть в этом месте», – говорит Рейд. К числу других объяснений можно отнести объект, состоящий их неизвестного смешения тяжелых фермионов. Впрочем, даже в этом случае такую плотность он вряд ли имел бы.

Посмотреть поближе

Для того, чтобы снять все вопросы, необходимо прямо увидеть центр нашей галактики. Это сложно не только потому, что Стрелец А* расположен очень далеко и излучает очень слабо, но и потому, что он закрыт от нас плотным облаком межзвездного вещества. Для того, чтобы проникнуть за эту завесу, был организован проект Event Horizon Telescope (EHT, Телескоп горизонта событий). Проект подразумевает объединение множества радиообсерваторий по всему миру в один мощный интерферометр. Его разрешение должно позволить наблюдать источник Стрелец А*. Пока что в проекте были объединены три телескопа – на Гавайях, в Калифорнии и Аризоне, проработавшие вместе 20 часов, но это только начало.

«EHT – не сон, он существует не только на бумаге, – говорит Авери Бродерик, сотрудник Канадского университета в Ватерлоо. – Эта штука работает». Цель Бродерика, участвующего в проекте – не только доказать, что Стрелец А* – черная дыра, но и изучить физику этого объекта.

Изучая общую теорию относительности

Черные дыры объединяют в себе свойства, описываемые двумя основными физическими теориями нашего времени – теорией общей относительности (теория больших структур) и квантовой механикой (теория малых расстояний). Огромная масса черной дыры требует применения общей теории относительности для описания искривления пространства-времени, вызванное ею. Но малые размеры черной дыры и внутренние процессы требуют использования квантовой механики.

До сих пор не удалось совместить обе эти теории. Объединение теорий приводит к неестественным уравнениям – например, из них следует бесконечная плотность черной дыры. Некоторые успехи на поприще объединения делает теория струн.

Бродерик, правда, собирается для начала проверить правильность общей теории относительности. «Даже с текущими данными [полученными на предварительном этапе работы EHT – КЖ] мы можем сказать много интересного о структуре астрофизических черных дыр, – говорит Бродерик. – Теоретически, мы сможем заметить отклонения от общей теории относительности. Пока что она находится в безопасности, но это не продлится долго».