Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы - Хайно Фальке

Иногда дежурство на телескопе бывает выматывающим. Например, когда оказывается, что телескопы или приборы следует перенастроить. Атмосферная рефракция приводит к сдвигу видимого положения источников, а флуктуации температуры деформируют массивные антенны, что приводит к изменению направления их взора. Эти изменения минимальны, но заметны. Все источники ошибок следует выявить и устранить. Во время перерывов в наблюдениях необходимо регулярно корректировать “наведение” и фокусировку телескопа с помощью ярких калибровочных источников, большинство из которых – черные дыры. Бывает, что при плохой погоде нужный источник удается обнаружить не сразу, или мы его обнаруживаем, а затем опять теряем. Тогда, подобно человеку с биноклем, высматривающему что‐то в сумерках, мы ищем этот источник до тех пор, пока не находим его.

Положение радиоисточников в небе постоянно меняется: не стоит забывать, что Земля все время вращается. Наша задача состоит в том, чтобы телескоп всегда точно смотрел на “блуждающий” источник радиоизлучения. Другой вопрос связан с тем, что в Испании звезды и черные дыры восходят на небе и садятся раньше, чем в Аризоне. Это затрудняет РСДБ-эксперименты, в которых участвует несколько разбросанных по всему миру телескопов: находясь в разных местах, они не могут наблюдать один и тот же объект точно в одно и то же время. Иногда совместные наблюдения возможны только очень недолго.

Время от времени телескопы сами отказываются работать совместно. (Я не устаю повторять, что телескопы – это те же люди!) 21 марта 2015 года мы оповестили всех: “Погода подходящая”. Это означало, что наблюдения можно начинать вовремя. Но не прошло и часа, как у нас начались неожиданные технические проблемы. “Телескоп не работает должным образом. Чтобы починить его, операторы вынуждены отклониться от расписания”, – записали мы в журнале наблюдений.

В другой раз потребовалось остановиться, поскольку для дополнительного поворота не хватило длины кабелей. Как правило, телескопы рассчитаны на полтора оборота. Следя за каким‐то объектом на небе, их можно поворачивать в одну сторону только на такой угол. Когда этот максимальный угол достигнут, оператор должен опять развернуть все устройство, чтобы размотать кабели. Раздражаясь все больше, я жду, пока можно будет продолжить наблюдения. Минута за минутой звучит все та же песенка из “Тарелки”. Приходится пропустить по меньшей мере одну серию наблюдений и сразу приступить к следующей в нашем расписании.

В конце недели я покидаю гору Грэм со смешанными чувствами. Мы проделали большую работу, кое‐чему научились, однако погода была так себе. Усталый, но довольный я спускаюсь вниз. Через несколько месяцев мы обнаруживаем, что не все элементы были подогнаны оптимально, так что качество полученных тогда данных оставляет желать лучшего.

Весной 2016 года подошел срок второго общего тестирования. К этому времени несколько телескопов модернизировали. Однако важнее всего было то, что в этот раз мы в качестве эксперимента собирались интегрировать в нашу сеть телескоп ALMA в Чили. Если нам удастся показать, что при включении ALMA все работает хорошо, то можно будет продолжить подготовку к измерениям в 2017 году, – измерениям, которым предстояло стать уже не тестированием, а реальным началом реализации нашего большого проекта.

11 февраля 2016 года, еще до начала испытаний, “взорвалась научная бомба”. На этот день научное сообщество LIGO/Virgo назначило пресс-конференцию. Мы все ожидали сенсации. Уже просочились и начали циркулировать среди специалистов кое‐какие слухи, но тем не менее мы, вместе со многими слушателями по всему миру, стояли как завороженные в университетских аудиториях перед большими экранами и слушали это невероятное сообщение[149]. Ученым впервые удалось непосредственно наблюдать гравитационные волны, возникшие при слиянии двух черных дыр. Здесь, на Земле, они зафиксировали невероятно слабое подрагивание пространства. Эти черные дыры были в 30 раз тяжелее нашего Солнца, но все же в 200 000 раз легче черной дыры в центре Млечного Пути. “Итак, нам удалось «услышать» черные дыры, – сказал я возбужденно. – Теперь нам хочется увидеть одну из них!”

Меня поразила удачливость моих коллег. До их измерений никто вообще не был уверен, что существуют сливающиеся черные дыры такого размера. Сигнал гравитационных волн оказался гораздо сильнее, чем ожидалось; более того: открытие было сделано в конце тестовых испытаний. Если бы ученые закончили их на несколько часов раньше, они бы вообще не получили необходимые данные[150]. После этого им ни разу не удалось обнаружить столь же сильный сигнал. “Нам никогда так не повезет, – думаю я с завистью. – Когда в следующем году начнется наш большой эксперимент, погода гарантированно будет плохой, телескопы сломаются, а черная дыра M87 окажется гораздо меньше, чем мы думали”. Я твержу себе, что необходимо запастись терпением.

Через два месяца я опять еду по узкой дороге к Субмиллиметровому телескопу в Аризоне. Теперь к нашей команде присоединились мои аспиранты Майкл Янссен и Сара Иссаун[151]. Майкл, уроженец идиллического городка Калькар в немецкой земле Северный Рейн-Вестфалия, написал под моим руководством прекрасную магистерскую диссертацию. Сара происходит из семьи алжирских берберов. Когда она была маленькая, ее родители из‐за волнений в Алжире переехали в Квебек, а потом перебрались в Арнем, где устроились на работу в расположенную неподалеку хайтэк-компанию.

Сара начала изучать физику в Университете Макгилла в Монреале. Во время каникул она обратилась ко мне с вопросом, не найдется ли у меня для нее работы. Я передал ей данные, полученные в Аризоне в 2015 году, и был удивлен тем, что ей удалось с ними сделать. За очень короткий срок Сара улучшила калибровку кривых, а точнее – полностью их перерисовала. Она даже обнаружила ошибки в программном обеспечении телескопа. Я понял, что Сара – необычайно способный астрофизик. В 2016‐м я пригласил ее на телескоп в Аризону и буквально через три дня практически остался без работы: Майкл автоматизировал программы, а Сара, самый молодой член нашей команды, едва ли не полностью взяла на себя управление телескопом. Одновременно она еще занялась улучшением моих старых калибровочных измерений за 2015 год. В дальнейшем контроль над телескопом останется у нее в руках. А ведь тогда она еще даже не начала работу над диссертацией! По большому счету, Майкл и Сара принесли огромную пользу нашему EHT-проекту, ибо позднее занялись всеми калибровочными работами. Научное сообщество им за это весьма признательно.

С технической точки зрения результаты тестовых измерений оказались успешны, что позволило получить то самое согласие от ALMA, которое мы так долго ждали. Однако детально эти результаты мы никогда не анализировали и нигде не публиковали. Две серии измерений проверили на прочность как