Свет во тьме. Черные дыры, Вселенная и мы

Конструкция весом в 135 тонн – внушительно! Кухня и спальни располагаются внизу, а сам телескоп и приборы помещаются в верхней, подвижной части здания. Переднюю стену и крышу можно убирать, обеспечивая 10‐метровой чаше радиоантенны свободный обзор неба, – если, конечно, его не загораживает одно из деревьев, которые здесь находятся под охраной. В остальное время телескоп надежно спрятан внутри комплекса конструктивно связанных зданий. Лестничный пролет ведет к небольшой площадке и диспетчерской, расположенной непосредственно под антенной. Когда телескоп меняет направление, диспетчерская и лестница поворачиваются вместе с внешней частью здания. Во время наблюдений это постоянно приводит к путанице, поскольку всякий раз, когда телескоп ориентируют на новую точку на небе, лестница движется вместе с телескопом. Выходя из кухни или спальни, чтобы подняться наверх, я для начала должен отыскать лестницу, которая всегда не там, где была прежде. Ну чем не повод сойти с ума?
Сама тарелка состоит в основном из армированного углеродным волокном пластика, покрытого тонким слоем алюминия. Антенна сверкает, как гигантское зеркало, и поэтому ее никогда нельзя направлять на Солнце – не то она превратится в гигантское увеличительное стекло и расплавится. Именно так лишился антенны один из первых субмиллиметровых телескопов.
Гора – идеальное место для наблюдения неба, поскольку концентрация водяного пара в атмосфере, с которым связано затухание и изменение радиосигнала, здесь гораздо меньше. Некоторым людям приходится привыкать к разреженному воздуху: у них появляется одышка. У меня умеренно болит голова, но, к счастью, благодаря привычке играть в футбол и волейбол я могу без особых усилий подниматься в диспетчерскую. Из-за недостатка влаги в воздухе у меня пересыхает в горле, а кожа начинает шелушиться. В результате я часто просыпаюсь по ночам, но таков уж удел астронома. Даже привезенные мною вещи “ощущают” низкое давление: купленный внизу пакет с чипсами раздулся, а когда я открыл дезодорант, то он, громко выстрелив шариком и едва не попав им в меня, разлился по всей ванной. Надеюсь, в ближайшие дни не будет слишком жарко – потеть очень не хочется.
Снаружи, на вершине горы Грэм, растет восхитительный и благоуханный хвойный лес. Я выбираюсь на открытое место, и передо мной раскидывается величественная панорама: внизу – почти безлюдный простор, а сверху – небо. Как радиоастроном, работающий в субмиллиметровом диапазоне, я надеюсь, что небо будет безоблачным, так что волны, проходящие через атмосферу и достигающие антенны, будут минимально искажены. Обычные радиоволны легко проходят сквозь тучи, но короткие волны, составляющие предмет нашего исследования, поглощаются водяным паром в воздухе и в облаках.
Гора Грэм – территория астрономов. В двухстах метрах к востоку от SMT над верхушками деревьев высится серая громадина. Это – Большой бинокулярный телескоп (LBT, аббревиатура английского Large Binocular Telescope), гигантский оптический телескоп с двумя 8,4‐метровыми сегментированными зеркалами. Четверть акций этого телескопа принадлежит немецким исследовательским институтам. На производстве сегментированных зеркал специализируется Mirror lab Университета Аризоны. Перед моей поездкой на гору Питер Стритматтер, бывший директор обсерватории Стюарда [147], говорил мне: “Вы можете получить любое зеркало, какое захотите, – лишь бы его диаметр был равен 8,4 метра”. Стритматтер продавал телескопы очень умело.
К западу от SMT находится небольшая и с виду довольно невзрачная, но тем не менее весьма примечательная обсерватория. В ней располагается Ватиканский телескоп передовых технологий (VATT). Здание обсерватории слегка напоминает собор: длинный неф ведет к серебряному куполу, но под ним размещается не алтарь, а оптический телескоп диаметром 1,8 метра.
Влияние ватиканских астрономов чувствуется и сегодня. В XVI столетии именно они ввели современный календарь. В конце XIX века в Риме была основана современная обсерватория, однако затем, когда улицы ночью начали освещать, ее пришлось перенести в предместье городка Кастель-Гандольфо. В ХХ веке аффилированный с этой обсерваторией исследовательский центр был открыт в Аризоне.
 
Однажды, когда у меня выдался вечер, свободный от запланированных наблюдений, я нанес соседям визит. Сейчас в католической обсерватории работают три монаха-иезуита, которые ищут астероиды, представляющие для Земли потенциальную угрозу. Мне понравилась царящая там спокойная, дружелюбная атмосфера. Один из монахов – отец Ричард Бойле. Каждые два года он проводит в Ватикане летнюю школу для молодых астрономов со всего мира, в работе которой я тоже принимал участие. Но сейчас он практически не отходит от телескопа и живет на горе почти отшельником. Пребывание в обсерватории действительно носит какой‐то монашеский, созерцательный характер: жизнью астронома, ведущего наблюдения, распоряжается небо. Ее ритм задают звезды и галактики. Здесь вы ни на что не отвлекаетесь. Я очень люблю это время на горе, где жизнь проста, а ты ближе к небесам.
Наша команда в Аризоне довольно велика, и все ее члены – участники научного сообщества EHT. Среди них Винсент Фиш из обсерватории Хейстек и Дэн Маррон из Аризоны. Я заменяю здесь Дэна, а он приглядывает за нами из Тусона. Для такой большой команды в обсерватории не хватает спальных мест, так что одновременно все мы тут быть не можем. С самого начала я чувствую себя на SMT как дома. Конечно, мне было известно, как этот телескоп выглядит и как он работает, но вести наблюдения самому – это совсем другое дело. Путь от детектирования радиоизлучения до создания изображения, которое можно было бы показать коллегам-астрономам, физикам и всему миру, долог. Но когда перед тобой раскрывается Вселенная – это совершенно особое ощущение.
Сначала параболическая антенна телескопа собирает падающие на нее из космоса радиоволны и фокусирует их. Для наших длин волн поверхность антенны должна быть откалибрована так, чтобы точность составляла менее 40 микрометров, – а тут калибровка даже лучше. Отражаясь от вспомогательного зеркала, висящего над тарелкой телескопа на четырех опорах, волны собираются в фокус в аппаратурной кабине, расположенной за тарелкой. Здесь они направляются в волновод приемника через металлический рупорный облучатель, который фактически выполняет функцию рупора старого граммофона. В приемнике сигналы высокой частоты микшируются до более низкой частоты, а затем поступают в кабель. Благодаря этому процессу свободно распространяющиеся радиосигналы становятся электромагнитными волнами в медной проволоке.
Следующий шаг – сохранение волн. Как ни удивительно, сегодня даже свет можно хранить в цифровом виде! Сначала волны следует опять отфильтровать, чтобы их частоты соответствовали гораздо более низким частотам наших приборов. Устройство Дэна Вертимера, предназначавшееся изначально для программ SETI, преобразует повторно отфильтрованные волны в биты и байты. Теперь свет из глубин космоса соответствует пиксельной последовательности виртуальных “башен” высотой ноль, один, два или три блока. Конечно, высота “башен” – это только очень грубая аппроксимация осцилляций радиоволн, но “башен”, как и зарегистрированных радиоволн, очень много.
Объем регистрируемых данных невероятен: 32 гигабайта в секунду, то есть 32 миллиарда нулей и единиц в секунду. Если рисовать на бумаге “башни”-данные линиями миллиметровой толщины, то примерно через две секунды нам уже потребовался бы рулон бумаги, достаточный, чтобы обернуть весь земной шар. К счастью, теперь бумажную перфоленту заменили жесткие диски. Числовая революция явно сыграла на руку проекту EHT.
После записи измерений жесткие диски отсылаются по почте для дальнейшей обработки в Бостон и Бонн. И когда длительный процесс обработки этого гигантского массива данных будет завершен, появится крошечный рисунок. А ведь это только предварительная работа с информацией! На самом деле мы регистрируем радиошум, идущий от неба, от наших приемников и – очень слабый – от края черной дыры. К счастью, большая часть радиошумов, источниками которых являются небо и приемник, могут быть отфильтрованы при последующей обработке. Вся энергия сигналов космического радиоисточника, собранных таким телескопом за одну ночь, невероятно мала. Она эквивалентна энергии, приобретенной волоском длиной в 1 миллиметр, падающим с высоты 1 миллиметр на стеклянную пластинку. Маловероятно, что после этого на стекле останется хотя бы царапинка, и тем не менее мы можем измерить воздействие такого удара.