«Пока не очень понятно, что с этим открытием делать дальше»

«Мы не можем увидеть не то что горизонт событий, но даже полтора его радиуса»

— В чем суть недавнего события, связанного с получением первых фотографий горизонта событий черной дыры? Можно ли назвать это научным открытием?

— Давайте начнем с предыстории. Группа ученых в течение нескольких лет собирала так называемый виртуальный телескоп горизонта событий. Почему виртуальный? Потому что этот проект был основан на существующих телескопах, работающих в миллиметровом диапазоне волн, то есть на радиотелескопах. Они уже давно построены и находятся на разных континентах, в том числе в Антарктиде. Ученые договорились объединить эти радиотелескопы и с помощью такой объединенной апертуры размером фактически с Землю смогли пронаблюдать две черных дыры — в галактике М87 созвездия Девы и в центре нашего Млечного Пути.

Почему выбрали именно эти объекты? Потому что они, во-первых, большие. Точнее, так: та дыра, что в Млечном Пути, маленькая, но близкая к нам, поэтому ее хорошо можно разглядеть, а та, что в галактике М87, находится от нас очень далеко, на расстоянии примерно 50 млн световых лет, зато она очень велика — несколько миллиардов километров в диаметре, и с этого расстояния она размером практически с дыру в Млечном Пути. Кроме того, наблюдению этого объекта не мешают ни пыль, которая есть у нас в галактике, ни дополнительные звезды.

При этом сумели пронаблюдать саму область, в которой находится черная дыра, и так называемую тень черной дыры. Точнее, силуэт горизонта событий. Последний в два с половиной раза меньше, чем этот силуэт. А то яркое кольцо, похожее на подсолнечник, — это так называемое Ring of fire, «кольцо огня». Это аккреционный диск вещества — газ и пыль, которые вращаются вокруг черной дыры на большой скорости. Пыль трется сама о себя, благодаря этому нагревается, возникает сильное излучение — вот именно его и зарегистрировали.

«Самое главное в том, что ученые впервые увидели окрестности черной дыры и выявили, как вокруг нее движется газ. Это очень важно, потому что стройной теории этого движения нет». Фото ivbg.ru

Точнее, было зафиксировано все, что «выше» так называемой фотонной сферы. Что такое фотонная сфера? Когда фотон, безмассовая частица, летит в пространстве, он тоже испытывает на себе искривление пространства-времени в зависимости от нахождения рядом каких-то масс. У черной дыры эта масса очень велика при маленьком объеме — настолько, что она искривляет пространство-время до бесконечности. Фотон может вращаться вокруг нее на стабильных орбитах. И получается, что если он вращается вокруг, то мы его не видим. Потому что, чтобы прилететь к нам, он должен выйти из этой орбиты (это может происходить, если фотон летит от дыры радиально и с достаточно большой скоростью), тогда мы его зафиксируем.

И вот то, что мы видим, — это то, что вращается чуть дальше, чем эта стабильная фотонная орбита. Все остальное мы не видим вообще, потому что фотоны оттуда практически не вылетают. Мы не можем увидеть не то что горизонт событий, но даже полтора его радиуса.

— То есть черная дыра на самом деле меньше, чем нам «видно»?

— Да, она меньше в два с половиной раза, чем это темное пятно, которое сфотографировали — точнее, получили, обработав изображение с радиосигнала.

Итак, мы наблюдаем силуэт фотонной сферы и всего того, что находится дальше, и ученые говорят, что это действительно открытие. Во-первых, оно помогло понять, что общая теория относительности работает, что она умеет предсказывать. Впрочем, в этом, в принципе, никто и не сомневался, потому что ее уже много раз подтверждали. Ученые, наоборот, ищут какой-нибудь эксперимент или наблюдение, которые опровергали бы общую теорию относительности.

Но самое главное в том, что ученые впервые увидели окрестности черной дыры и выявили, как вокруг нее движется газ. Это очень важно, потому что стройной теории этого движения нет. Оно турбулентное, то есть мы не можем описать его аналитически, не можем предсказать, как будет вести себя газ каждый следующий момент. А благодаря полученной информации мы можем сделать это более достоверно.

«Да, насколько я знаю, у Хокинга были такие соображения. Но есть немало гипотез, говорящих, например, о том, что черные дыры переходят в белые, так что, «залетев» в черную дыру, вы покинете ее через белую». Фото: John Cairns / wikimedia.org

«Есть только один способ путешествия внутри черной дыры в другую Вселенную»

— Как это открытие может пригодиться на Земле?

— Пока трудно сказать. Но у нас есть, например, такая наука, как магнитная гидродинамика. Есть даже магнитогидродинамические электростанции, где в сильном магнитном поле движется плазма, вырабатывающая электроэнергию — действие, похожее на то, что происходит вокруг объектов типа черной дыры или в аккреционном диске. Возможно, в будущем эти знания будут использоваться для совершенствования таких электростанций.

Кроме того, данные будут анализироваться еще несколько лет. Поэтому пока не очень понятно, что будет с этим открытием дальше и насколько оно глубокое. И еще нужно дождаться фотографии черной дыры из Млечного Пути. Эти данные пока обрабатываются, их очень много, несколько петабайт. Вторую фотографию мы увидим, может быть, через полгода или уже этим летом. Она будет похожа на первую, но размер ее будет больше раза в два с половиной. Уже есть моделирование, которое говорит о том, как она, скорее всего, будет выглядеть. Но надо все-таки подождать, потому что черная дыра в галактике М87 отличается от «нашей», она активная, в нее падает газ, вокруг нее образуется аккреционный диск и джет — выброс релятивистской плазмы.

— Стивен Хокинг считал, что черная дыра представляет собой некий портал в альтернативную Вселенную, так? Какие новые гипотезы, объясняющие ее природу, заслуживают внимания?

— Да, насколько я знаю, у Хокинга были такие соображения. Но есть немало гипотез, говорящих, например, о том, что черные дыры переходят в белые, так что, «залетев» в черную дыру, вы покинете ее через белую. Но, скорее всего, этого не произойдет, потому что если вы попали в черную дыру, вы, скорее всего, достигнете сингулярности, той точки или, вернее, места, где все законы и уравнения физики обнуляются и обращаются в бесконечность. То есть, грубо говоря, вы просто исчезнете для нашей Вселенной. Есть только один способ путешествия внутри черной дыры в другую Вселенную — это когда вы попали под горизонт событий, но еще не долетели до сингулярности — вот в этот момент вы можете переместиться в другую Вселенную. Впрочем, гипотез много, но пока мы не можем ни доказать, ни опровергнуть их.

Есть основная гипотеза, способная описать то, что происходит внутри черной дыры — это теория струн, предполагающая существование дополнительных измерений. Пока она тоже не доказана, но благодаря ей мы можем понять, как устроены черные дыры, потому что она обходит проблему сингулярности. То есть там нет тех самых точек, в которых все уравнения обращаются в бесконечность и их нельзя решать. Но все это даже нельзя смоделировать — это просто теоретические выкладки, которые пришли в голову людям, желающим избавиться от проблемы сингулярности.

«Масса МКС составляет сейчас 450 тонн, а проект Маска позволит доставлять за раз чуть ли не 150 тонн. Соответственно, для постройки орбитального города нужно будет всего 10—20 полетов». Фото spaceflight.nasa.gov

«На орбите можно строить отели»

— Если не возражаете, отвлечемся от темы черных дыр. Скажите, что тормозит строительство орбитальных городов?

— Чтобы что-то построить в космосе, нужно добыть для этого материал. Добыть его мы можем либо на Земле, либо в космосе. Но на данный момент нет технологий, которые позволяли бы легко добывать материал в космосе. При этом нам ведь нужно его не только добыть, но и выплавить, нужно построить в космосе целый завод. А это уже дело отдаленного будущего — чтобы построить что-то в космосе, нужно доставить туда как минимум станки, инструменты и так далее. И решить где все это расположить — либо на орбите, либо на Луне, откуда легко взлетать.

Есть вариант строить этот самый орбитальный город с помощью 3D-принтера — то есть он будет печатать сам себя. Но тут опять-таки проблема: нам нужно будет чем-то заправлять 3D-принтер. Это может быть лунный реголит, например, или другой материал, который распространен в космосе. Естественно, этот материал все равно нужно будет добыть, то есть необходимо построить довольно большие ракеты, которые смогут привозить туда сотни тонн этого реголита или чего-то еще. Или, допустим, мы можем построить базу на Луне, там поставить завод, строить элементы конструкций для орбитальных станций и оттуда доставлять их на орбиту, потому что, как я уже сказал, мы можем спокойно взлетать оттуда с большой массой и небольшими затратами топлива (сила тяжести на Луне в шесть раз меньше, чем на Земле).

Проект Илона Маска или Джеффа Безоса уже позволяет рассчитывать на то, что через 10—15 лет у нас будут большие космические корабли, способные за один раз доставлять, скорее всего, сотни тонн на орбиту даже с Земли, ну и, скорее всего, с Луны тоже. То есть частично решится проблема доставки больших грузов на орбиту, и мы, таким образом, сможем за три-пять полетов доставить на орбиту столько массы, сколько сейчас на всей МКС. Масса МКС составляет сейчас 450 тонн, а проект Маска позволит доставлять за раз чуть ли не 150 тонн. Соответственно, для постройки орбитального города нужно будет всего 10—20 полетов.

То есть вся проблема в том, чтобы доставлять в орбитальный город грузы и делать это дешево. Для этого и нужна многоразовая ракета. Как раз сейчас этим занимается SpaceX. Новый корабль Starship, который они строят, будет полностью многоразовым и заменяемым.

«Единственное, чем интересен именно орбитальный город или даже крупная орбитальная станция — это тем, что туда можно отправлять туристов, причем в больших количествах». Фото wikipedia.org

— Соответственно, российские грузовики станут не нужны, так?

— Да, конечно. Правда, тут есть нюанс, связанный со стыковочными узлами и шлюзами. Вы не сможете пристыковаться, например, к МКС, если у вас какой-то другой стыковочный узел. И тогда придется доставлять грузы с помощью старых космических кораблей — «Прогрессов» или даже «Дрэгонов», которые могут пристыковаться к американскому сегменту МКС.

— В чем утилитарный смысл существования орбитальных городов?

— Наверное, рано об этом задумываться, когда у вас не освоены, например, территории на Севере, в Сибири или еще где-то. Единственное, чем интересен именно орбитальный город или даже крупная орбитальная станция — это тем, что туда можно отправлять туристов, причем в больших количествах. И если у нас будут огромные корабли, как, допустим, у Маска, который за раз может взять на борт 100—150 человек, то цена билета на такой полет будет в районе 100—500 тысяч долларов. Позволить себе такое могут очень многие. Даже сейчас вы, наверное, можете себе позволить раз в жизни слетать в космос — это цена квартиры в Москве. Каждый человек, имеющий недвижимость в большом городе, сможет слетать в космос, если очень этого захочет. Для нас это, конечно, дороговато, но для американцев, например, уже нет. И, скорее всего, люди будут летать по нескольку раз. Поэтому, действительно, на орбите можно построить какой-то отель или что-то в этом духе.

Естественно, для научных исследований столько народу отправлять не нужно, трех-пяти человек для этого достаточно. Но — только в том случае, если мы не хотим колонизировать Луну или Марс. Потому что если мы захотим это сделать, нам нужно будет иметь на земной орбите какие-то перевалочные базы или центры, в которых могли бы жить те, кто обслуживает Луну или Марс. На других телах Солнечной системы все-таки нет защиты от радиации, и мы не можем там жить все время, а на орбите она есть. Преимущество орбитального города в данном случае в том, что нам не нужно садиться на планету и взлетать с нее, тратя каждый раз огромное количество энергии.