6 октября профессор и генеральный секретарь Шведской королевской академии наук Йоран К. Ханссон объявил лауреатов Нобелевской премии по физике 2020 года. Роджер Пенроуз, Рейнхард Гензель и Андреа Гез получили 10 млн шведских крон на троих (87 737 100 рублей).
«Открытия лауреатов этого года открыли новый путь в изучении компактных и сверхмассивных объектов. Но эти экзотические объекты по-прежнему вызывают много вопросов, требующих ответов и мотивирующих дальнейшие исследования. Не только вопросы об их внутренней структуре, но и вопросы о том, как проверить нашу теорию гравитации в экстремальных условиях в непосредственной близости от черной дыры», — сказал председатель Нобелевского комитета по физике Дэвид Хэвиленд.
Роджер Пенроуз сделал открытие в 1965 году: по его подсчетам, черные дыры* способны возникать в результате гравитационного коллапса* крупных звезд — это подтверждает общую теорию относительности* Альберта Эйнштейна. В то время нобелевская премия не присуждалась за открытия в области математики, поэтому ученый стал лауреатом лишь в 2020 году.
*Черная дыра — когда-то эту область (точнее, до 1967 года) называли коллапсаром или застывшей звездой. Пенроуз определил ее как тело с мощной гравитацией, способной поглощать все, что в нее попадает (в том числе и свет), безвозвратно.
*Гравитационный коллапс — одна из причин возникновения черных дыр. Звезды свыше трех солнечных масс с нарастающей скоростью начинают сжиматься к центру и, достигнув предела Оппенгеймера — Волкова — нижнего предела массы черных дыр, продолжают коллапсировать до превращения в черную дыру. Явление происходит в ходе эволюции звезд — она начинается со звездной колыбели и заканчивается тремя формами, которые зависят от массы ядра: белого карлика, нейтронной звезды, черной дыры.
В доказательстве ученый использовал новаторские математические методы, чтобы подтвердить существование черных дыр и общую теорию относительности Альберта Эйнштейна.
Эйнштейн не верил в собственную теорию, которая была опубликована в 1915-1916 годах. *Она гласила, что гравитация — это искривление упругой ткани пространства и времени под воздействием массы тяжелого объекта. Обычно в пример приводят натянутое полотно, которое прогибается под массивным шаром. И чем сильнее прогибается пространство-время, тем сильнее гравитационное поле. Значит, в центре галактики находится сверхкомпактный объект — черная дыра.
Физик считал существование черных дыр лишь теоретическим и не полагал, что они реальны. Спустя 10 лет после его смерти Пенроуз доказал, что черные дыры действительно могут образовываться, и подробно описал их. Статья ученого считается самым важным вкладом в общую теорию относительности.
В ней он показал, как черные дыры будут возникать в момент гравитационного коллапса звезд, и доказал неизбежность этого события. В статье он ввел понятие, которое сейчас широко используется для описания черных дыр, — trapped surfaces — захватывающие поверхности.
Пенроуз, чтобы обосновать формирование черных дыр с математической точки зрения, решил уравнения общей теории относительности — ответы как раз и описывают образование черных дыр.
Рейнхард Гензель и Андреа Гез в 90-х годах открыли сверхмассивную черную дыру в центре Млечного пути. Они доказали, что орбитами звезд управляет невидимый, сверхтяжелый объект в центре галактики. Ученые уверены, что этот объект — черная дыра массой в несколько миллионов солнц — и есть «самый темный секрет Млечного пути».
С начала 1990-х годов ученые занимались исследованием области Стрелец А — черной дыры в центре Млечного пути. Яркие орбиты звезд, ближайшие к середине, были нанесены на карту с высокой точностью. Астрономы обнаружили тяжелый объект, который притягивает звезды, создавая нагромождение и «метание с головокружительной скоростью».
Гензель и Гез разработали методы, которые позволяют смотреть сквозь облака пыли и газа, заглядывая в центр Млечного пути. С помощью самых больших в мире телескопов они доказали существование сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики.
Они проводили исследования в течение нескольких лет в разных точках мира. Гензель — в Чили, Гез — на Гавайах. При встрече они обнаружили, что их результаты совпадают, а скорость звезд подчиняется законам Кеплера — это и стало свидетельством того, что в центре Млечного пути находится черная дыра.
Кстати, в апреле 2019 года был совершен прорыв — участники проекта «Event Horizon Telescope» опубликовали первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики Mессье 87. Ее масса равна почти 6,5 миллиарда масс Солнца. Вокруг нее вращается диск из ионизированного газа со скоростью около 1 тысячи километров в секунду, диаметр которого составляет примерно 0,39 светового года.
