Премия за черные дыры

Ведущий научный сотрудник Отделения теоретической физики ФИАН, профессор МФТИ, докт. физ.-мат. наук Василий Бескин прокомментировал для ТрВ-Наука присуждение премии Крауфорда Королевской академии наук Швеции по астрономии. Наградой были отмечены профессор Университета Кентербери (Новая Зеландия) Рой Керр (Roy Kerr) и профессор Стэнфордского университета (США) Роджер Блэндфорд (Roger Blandford) за их «фундаментальную работу по вращающимся черным дырам и их астрофизическим приложениям».

Недавно я случайно наткнулся на слова, которые принадлежат Владимиру Игоревичу Арнольду: «Будучи по профессии математиком, я вынужден в своей работе постоянно опираться не на доказательства, а на ощущения, догадки и гипотезы, переходя от одного факта к другому при помощи того особенного вида озарения, который заставляет усматривать общие черты в явлениях, быть может, кажущихся вовсе не связанными между собой постороннему». То , что сделали Рой Керр в 1963 году и Роджер Блэндфорд и Роман Знаек в 1977 году, было именно таким прорывом. Потому что окончательное, в том числе строгое математическое, подтверждение полученных ими результатов было выполнено лишь спустя много лет.

Неудивительно поэтому, что имена Керра и Блэндфорда стали нарицательными. Своими работами они задали целое научное направление в физике и астрофизике, которым теперь занимается огромное число исследователей. Действительно, когда мы говорим о керровской черной дыре, то все понимают, что речь идет о метрике вращающейся черной дыры. Именно Керр первым нашел точное осесимметричное решение уравнений общей теории относительности Эйнштейна в отсутствие внешних масс и полей.

Количество таких решений можно пересчитать по пальцам. Первое из них — решение Шварцшильда для центрально-симметричного случая — было найдено в 1916 году. Как известно, свойства черных дыр полностью определяются лишь тремя параметрами, а именно их массой, моментом импульса и электрическим зарядом. Решение для случая, когда заряд равен нулю, как раз и получил Керр. Сейчас любят говорить об «уровне инженерных расчетов». Это решение и есть некая основа, на которой можно рассматривать все остальные процессы: как движется вещество, как генерируются струйные выбросы, как излучает плазма.

Когда же мы говорим про эффект Блэндфорда — Знаека, или, сокращенно, про BZ-эффект, то все астрофизики прекрасно понимают, что речь идет о том, что вращающаяся черная дыра, погруженная во внешнее магнитное поле, может терять энергию и, значит, быть источником активности во многих астрофизических объектах. Полученный ими (на самом деле совершенно неочевидный) теоретический результат является сейчас одним из ключевых моментов, на котором строится современная астрофизика. На многих конференциях имя Блэндфорда упоминается в связи с темами отдельных секций. Потому что сама возможность извлечения энергии из вращающейся черной дыры была настолько важна и принципиальна, что она открыла возможность для дальнейших исследований.

Напомню, что сейчас большинство астрофизиков считает, что черные дыры во Вселенной уже обнаружены, хотя всегда надо помнить, что найденные объекты — это пока еще только кандидаты в черные дыры. В настоящее время найдены десятка два галактических черных дыр, входящих в двойные системы, с массой порядка 10–50 масс Солнца. Кроме того, несколько сотен сверхмассивных черных дыр с массами 106–109 масс Солнца находятся в центрах далеких галактик. В нашей галактике черная дыра имеет не очень большую массу порядка 106 масс Солнца.

Вопрос же о том, с какой черной дырой, вращающейся или не вращающейся, мы имеем дело, зависит от истории ее возникновения, а именно от того, был ли достаточно большой момент импульса у того газа или звезд, которые в итоге превратились в черную дыру. К сожалению, прямых доказательств существования вращающихся черных дыр пока нет. Только в последнее время в связи с большим прогрессом в радиоастрономии, позволяющим существенно увеличить угловое разрешение телескопов, появилась надежда, что черная дыра в нашей галактике будет наконец «разрешена» и по движению окружающего ее вещества можно будет сказать о том, вращается она или нет.

В заключение я хотел бы добавить, что на самом деле у Р. Блэндфорда есть всего лишь несколько статей, посвященных черным дырам. Однако его статья с Р. Знаеком входит в его «гроссмейстерский» ряд из 8 работ, на которые имеется больше 1000 ссылок. Забавность же состоит в том, что помимо работы с Р. Знаеком в тот же ряд входит еще одна публикация с Д. Пейном, касающаяся другого механизма выделения энергии из центральной машины, при котором основную роль играет уже не сама черная дыра, а окружающий ее аккреционный диск. Вопрос же о том, какой их этих двух механизмов играет бóльшую роль в конкретных источниках, активно обсуждается уже много лет.

С Роджером Блэндфордом мы встречались много раз, поскольку я сам долгое время занимался проблемой центральной машины в активных галактических ядрах. Он был нашим гостем на Гинзбургской конференции, которую в 2012 году проводило ОТФ ФИАН. И сейчас мы тоже приглашаем его войти в Advisory Committee конференции, посвященной уже столетию В. Л. Гинзбурга, которая пройдет в мае следующего года. Он очень приятный в общении человек, не «забронзовевший», несмотря на несомненные заслуги, и я очень рад за него.

Записала Наталия Демина