# Как увидеть невидимое: путь от темных звезд к снимку горизонта событий

Источник: https://www.youtube.com/watch?v=3JE_KMfuEWk
Канал: World Science Festival
Опубликовано: 02.06.2018

---

В 2018 году звезда SO-2 прошла точку максимального сближения с центром Млечного Пути, позволив астрономам проверить теорию относительности в экстремальных условиях. Андреа Гез ведет наблюдения за этим объектом более 25 лет, чтобы доказать существование сверхмассивной черной дыры массой в 4 миллиона Солнц [19:03]. Параллельно Шеп Доулман объединяет радиопелескопы по всей планете в единую сеть размером с Землю для получения первого прямого снимка горизонта событий [28:36].

## 🌌 Природа черных дыр: от «темных звезд» до Эйнштейна
[[JUMP:00:00]]

Идея объекта, гравитация которого не выпускает даже свет, возникла задолго до появления современных терминов. В 1783 году британский естествоиспытатель Джон Мичелл, используя законы Ньютона, описал «темные звезды» [4:41]. По его расчетам, если звезда будет достаточно массивной, вторая космическая скорость на ее поверхности превысит скорость света. Для Земли этот показатель составляет 11,2 км/с [2:18], но у сверхмассивных тел он достигает 300 000 км/с.

Современное понимание черных дыр сформировал Альберт Эйнштейн в 1915 году через общую теорию относительности. Он представил гравитацию не как силу, а как искривление ткани пространства и времени. Год спустя Карл Шварцшильд, находясь в окопах Первой мировой войны, нашел точное решение уравнений Эйнштейна [6:18]. Он доказал: если сжать массу в пределах определенного радиуса, пространство искривится настолько, что ничто не сможет вырваться наружу.

Термин «черная дыра» появился значительно позже. Его популяризировал физик Джон Уилер в 1967 году во время выступления в Институте космических исследований Годдарда [7:40]. Граница этого объекта, называемая горизонтом событий, отмечает точку невозврата. Внутри нее направление пространства и времени искажается так сильно, что любое движение ведет только к центру [8:33].

## 🔭 Охота за объектом Sagittarius A*
[[JUMP:10:40]]

Андреа Гез изучает центр нашей Галактики, используя обсерваторию Кека на Гавайях. Главная сложность наблюдений заключается в плотных облаках пыли, которые блокируют видимый свет. Команда Гез применяет инфракрасную технологию, позволяющую видеть сквозь препятствия [17:04]. Астрономы фиксируют движение звезд, вращающихся вокруг невидимого центрального объекта.

Ключевым доказательством наличия черной дыры стала звезда SO-2. Она совершает полный оборот вокруг центра Галактики за 16 лет [17:29]. Траектория и скорость этой звезды (около 5 миллионов км/ч) позволяют точно вычислить массу центрального тела. Оно содержит 4 миллиона солнечных масс внутри области, размер которой не превышает десяти радиусов Солнца [18:08].

Работа группы Андреа Гез позволила увеличить расчетную плотность темной материи в центре Млечного Пути в 10 миллионов раз [18:08]. Ученые стремятся зафиксировать отклонения в орбитах звезд, которые предсказывает общая теория относительности. В 2018 году наступил решающий момент наблюдений, когда SO-2 прошла максимально близко к черной дыре, испытывая колоссальное гравитационное ускорение [22:29].

## 🌍 Земля как гигантский телескоп
[[JUMP:28:20]]

Шеп Доулман руководит проектом Event Horizon Telescope (EHT), цель которого — увидеть силуэт горизонта событий. Черные дыры являются одними из самых ярких объектов в небе, так как газ и пыль вокруг них разогреваются до миллиардов градусов [26:08]. EHT использует радиоволны длиной 1 мм, которые свободно проходят сквозь атмосферу Земли и межзвездный газ [35:03].

Чтобы достичь необходимого разрешения, ученые используют метод интерферометрии со сверхдлинной базой. Они установили атомные часы на радиоантеннах в разных точках мира: от Гавайев до Южного полюса [28:36]. Записи данных синхронизируются и объединяются на суперкомпьютере, что превращает разрозненные тарелки в виртуальное зеркало размером с земной шар [31:14].

Объем данных настолько велик, что их физически невозможно передать через интернет. Команда перевозит жесткие диски на самолетах Boeing 747, так как это быстрее любых цифровых каналов [32:49]. Ученые ожидают увидеть тень черной дыры — темную область, окруженную кольцом света от фотонов, движущихся по круговым орбитам [27:17]. Ожидаемый размер этого силуэта составляет примерно пять радиусов Шварцшильда.

## 🎵 Симфония пространства: гравитационные волны
[[JUMP:44:50]]

Вики Калогера координирует исследования в коллаборации LIGO, которая в 2015 году впервые зафиксировала рябь пространства-времени. Гравитационные волны возникают при ускорении массивных объектов, например, при слиянии двух черных дыр [49:41]. Детектор LIGO представляет собой L-образную систему вакуумных труб длиной 4 километра каждая [46:49].

Точность измерений LIGO поражает: прибор фиксирует смещение зеркал на расстояние меньше 1/1000 диаметра атомного ядра [47:30]. Для подтверждения сигнала используются две независимые установки в Хэнфорде и Ливингстоне. 14 сентября 2015 года обе станции зафиксировали сигнал от столкновения черных дыр, произошедшего 1,3 миллиарда лет назад [49:13].

Слияние черных дыр высвобождает колоссальную энергию. За 0,2 секунды мощность этого события превысила суммарное излучение всех звезд в видимой Вселенной в 50 раз [53:01]. Кроме черных дыр, LIGO наблюдает слияния нейтронных звезд. 17 августа 2017 года такое событие позволило доказать, что тяжелые элементы, включая золото и платину, образуются именно в таких столкновениях [1:09:51].

## 🧩 Парадокс информации и квантовые струны
[[JUMP:1:13:13]]

Стивен Хокинг обнаружил, что черные дыры не являются абсолютно черными. Согласно квантовой механике, на горизонте событий постоянно рождаются пары частиц. Одна частица падает внутрь, а другая улетает, создавая поток излучения, известный как излучение Хокинга [1:36:56]. Это приводит к постепенному испарению черной дыры.

Возникает фундаментальный парадокс потери информации. Если черная дыра полностью испарится, данные обо всем, что в нее упало, могут исчезнуть навсегда, что противоречит законам квантовой физики [1:39:50]. Камрун Вафа использует теорию струн для решения этой проблемы. Он предполагает, что информация хранится на горизонте событий в виде микроскопических состояний мембран и струн, обернутых вокруг дополнительных измерений пространства [1:33:34].

В теории струн черная дыра — это не пустота, а сложный конгломерат квантовых объектов. Расчеты Камруна Вафы и Эндрю Строминджера подтвердили формулу энтропии Хокинга с математической точностью [1:34:55]. Центральная точка черной дыры, сингулярность, остается главной загадкой. Физики полагают, что она представляет собой не бесконечную плотность, а предел, за которым классическое понятие времени перестает существовать [1:45:08].