Нобелевскую премию по физике в этом году снова присудили за открытия в астрофизике. Между собой ее разделили трое ученых. Роджер Пенроуз получил ее за открытие того, что образование черных дыр является надежным предсказанием общей теории относительности. Райнхард Генцель и Андреа Гез удостоились премии за открытие сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики. «Газета.uz» попросила астрофизика Пулата Тажимуратова объяснить, почему это важно.

О чём речь?

В 1915 году Альберт Эйнштейн предложил новую физическую теорию — общую теорию относительности. Она объясняла явление всемирного притяжения (гравитации) искривлением пространства-времени.

В качестве одного из доказательств своей теории Эйнштейн предложил свои расчеты для вращения орбиты Меркурия, которое в рамках теории Ньютона объяснить не получалось. Позже теория Эйнштейна была проверена путем наблюдения искривления лучей света у Солнца во время полного солнечного затмения в 1919 году.

Уравнения теории Эйнштейна довольно сложные, и получить их точное решение можно только для нескольких простых случаев. Первое из таких решений, полученное немцем Карлом Шварцшильдом, указывало на возможность существования так называемых черных дыр: невероятно плотных объектов, которые настолько сильно искривляют пространство-время, что даже свет не может победить их притяжение.

Эйнштейн не обнаружил в решении Шварцшильда никаких ошибок, но считал их лишь математическим курьезом. Несмотря на то, что черные дыры математически верны, существовать в природе они, по мнению Эйнштейна, не могли.

Что выдающегося сделали лауреаты?

В 1965 году Роджер Пенроуз, используя математические методы, смог доказать, что если теория Эйнштейна верна, то массивные звезды в конце своей жизни просто обязаны превращаться в черные дыры. Таким образом, если теория верна, то чёрные дыры непременно должны существовать в реальности.

Кроме того, Пенроуз смог подробно описать сами черные дыры и создать своеобразный научный «язык» для этого — диаграммы Пенроуза. Они по сей день остаются самым простым и наглядным способом описания черных дыр различных типов.

Райнхард Генцель и Андреа Гез с начала 1990-х независимо друг от друга вели наблюдения за областью в самом центре нашей галактики — А* Стрельца (произносится «Стрелец А со звёздочкой»).

Используя большие массивы телескопов, они смогли заглянуть в самое сердце Млечного пути сквозь огромные газопылевые облака и провести наблюдения. Результаты обработки этих наблюдений показали, что движение звезд вблизи центра галактики можно объяснить, только если в самом центре находится невероятно массивное тело (в 4,5 миллиона раз тяжелее нашего Солнца). Оно должно обладать огромным притяжением, которое заставляет близкие звезды совершать один оборот вокруг центра галактики всего лишь за десятки лет. Для сравнения, Солнце делает один оборот за 250 миллионов лет.

Единственными кандидатами на роль такого объекта являлись сверхмассивные черные дыры — особый вид черных дыр, которые образуются не из умирающих звёзд, а первичных скоплений материи.

Именно за эти открытия Пенроуз, Генцель и Гез получили Нобелевскую премию.

Почему так поздно?

Пенроузу пришлось ждать своей награды больше полувека. Генцель и Гез ждали не так долго, но всё же немало. Почему? Всё дело в том, что до недавнего времени черные дыры оставались лишь теоретическими объектами. Открытия наших героев держались на одном большом «если»: это всё верно, если черные дыры действительно существуют.

Всегда оставался крохотный шанс, что в природе их нет, а теория Эйнштейна нуждается в дополнениях и уточнениях. Однако за последние пять лет произошло сразу два ярких события в физике: регистрация гравитационных волн проектами LIGO и VIRGO добавила ещё одно доказательство в копилку общей теории относительности.

Кроме того, успех Телескопа горизонта событий, получившего снимок сверхмассивной черной дыры в центре галактики Messier 87, доказал, что черные дыры действительно существуют в природе. И это естественным образом превратило условность (то самое «если») в уверенность.

Почему это важно для нас?

Действительно, что нам до далеких черных дыр? Как нас касается смерть больших звезд? Какая практическая польза нам от этих открытий? Прямой пользы от самих этих открытий для нас сейчас нет. Но для того, чтобы получить свои данные, командам Генцеля и Гез пришлось решать сложнейшие задачи, совершенствовать технологии получения изображений, разработать мощные алгоритмы обработки данных.

И именно вот эти косвенные результаты их работы имеют для нас огромную важность. Часть из них уже применяется в других, более «приземленных» работах, часть только начинает осваиваться. У открытия Пенроуза нет таких косвенных практических результатов. Но если бы именно не эта работа Пенроуза, могло бы не быть и исследований центра галактики, и Телескопа горизонта событий (который научил нас фотографировать очень далекие объекты).