«Марабу»: Расскажите, пожалуйста, что будет на курсах для детей и подростков? 

Александр Плавин: Оба курса — и подростковый, и детский — я выстроил как путешествие к черной дыре, от Земли до горизонта событий. Мы начнем с того, как черная дыра выглядит с Земли (как яркая далекая точка), и разберемся, почему именно это наблюдение оказывается неожиданно практичным. Затем подберемся ближе: к аккреционному диску, через который вещество падает в дыру; к джету, в котором часть материи разгоняется почти до скорости света; к вопросу, почему для их изучения нужно объединять телескопы со всего мира. А в финале — горизонт событий: место, где напрямую проверяется теория Эйнштейна и где физики ищут расхождения между теорией и реальностью. Пока не нашли, но активно ищем. 

С подростками я пройду этот путь подробнее, ближе к программе старшей школы. С детьми — без математики, скорее как историю: увидим, как в последние пятьдесят лет люди искали черные дыры, находили косвенные следы, спорили — и в конце концов сфотографировали то, во что сам Эйнштейн не верил. 

«М.»: Чем нам полезно понимание черных дыр?

А. П.: Главная причина, по которой мы их изучаем — понять, где именно наша физическая картина мира
заканчивается и в чем расходится с реальностью. Когда мы ставим наблюдение, всегда хочется увидеть в нем что-то неожиданное. Если видим — значит, картина неполная и ее нужно менять.
Бывают локальные нестыковки, бывают открытия посерьезнее. Таким было открытие квазаров. Их обнаружили как невероятно яркие точечные источники на огромных расстояниях — астрономам сначала было сложно поверить, что настолько далекие объекты могут так сиять. И лишь со временем стало понятно, что питают их сверхмассивные черные дыры — сами по себе темные объекты. Выяснилось, что часть вещества они поглощают, а часть разгоняют с огромной скоростью, что тоже было неожиданностью. Именно эта разогнанная материя дает самый мощный источник света во вселенной.

«М.»: Расскажите про проект Black Hole Initiative, в котором вы работаете.

А. П.: Это уникальный центр. Здесь собраны люди с совершенно разными специализациями: те, кто
наблюдает за черными дырами и анализирует данные, как я, те, кто занимается глубокой теорией и напрямую работает с уравнениями Эйнштейна, разработчики телескопов. И есть две категории, которые встречаются вместе крайне редко — историки науки и философы. Черные дыры притягивают философов по понятным причинам — это действительно уникальные объекты. В итоге получается пять направлений под одной крышей, а на наших семинарах один и тот же объект обсуждается с совершенно разных сторон. 

«М.»: Поделитесь самыми интересными и неожиданными наблюдениями за черными дырами.

А. П.: Самое известное астрономическое изображение последних лет — фотография черной дыры 2019 года. Ее увидели миллиарды людей, что само по себе стало неожиданностью даже для нас. Ключевую роль в создании этой картинки играл как раз Black Hole Initiative.

Из более свежего: оказалось, что многие черные дыры излучают не только яркий свет, но и нейтрино — частицы, крайне сложные для обнаружения. Чтобы это увидеть, потребовались огромные, необычно устроенные детекторы: они находятся под водой или подо льдом — на Южном полюсе, на Байкале, в Средиземном море. Сейчас это очень горячая тема, после первого обнаружения теоретики предложили огромное количество моделей, и главная задача — разобраться, что из этого можно проверить сегодня.
Важность здесь вот в чем: обычный свет в окрестностях черных дыр излучается в основном электронами. А нейтрино возникают от более тяжелых частиц — протонов. Исторически их изучали в ускорителях, но на Земле есть принципиальное ограничение по энергии. В космосе его нет. Самые высокоэнергетические частицы, которые мы знаем, прилетают именно из космоса, из окрестностей черных дыр. Поэтому физика частиц на предельных энергиях сейчас строится на астрономических наблюдениях.

«М.»: А есть ли у ученых амбиции по практическому использованию черных дыр? 

А. П.: Как ни удивительно, есть. Одна из идей — заиметь небольшую черную дыру и понемногу скидывать в нее вещество, любое, хоть бытовой мусор. Если эффективно извлекать энергию, выделяющуюся при ускорении материи в ее сторону, этого хватит на всю энергию, которая требуется Земле. Это намного эффективнее ядерных реакций, и по сути — да, можно кидать мусор и получать энергию. Теоретически противоречий нет, вопрос только в реализации: где взять черную дыру и как преобразовывать излучение в полезную энергию. Это реалистичный сценарий, но, увы, очень далекого будущего.

Из более близких перспектив: обнаружение нейтрино теоретически открывает возможность глобальной коммуникации через Землю напрямую — нейтрино пролетают сквозь планету, не поглощаясь. Но пока мы не знаем, как это реализовать. 

«М.»: А вас самого что в этой теме больше всего завораживает? И как вы пришли к черным дырам?

А. П.: Я интересовался астрономией с детства, но это не был непрерывный путь. В начальной школе у меня было непропорционально много энциклопедий по астрономии. В университете я пошел на прикладную математику, а к концу учебы в МФТИ начал ходить по лабораториям и общаться с людьми по разным направлениям. И когда понял, что мои знания можно приложить к изучению объектов из, казалось бы, научной фантастики — самых массивных черных дыр, самых мощных источников излучения во вселенной, — это очень захватило. Я вспомнил про свой детский интерес и увидел: это все не абстракция, а конкретные ежедневные задачи. Смесь фантастики и реальной работы. И мне это очень нравится.

«М.»: Каких открытий или прорывов можно ждать в ближайшие годы?

А. П.: Есть один ключевой вопрос, который реалистично разрешить в обозримом будущем: как именно черная дыра разгоняет частицы до таких энергий. Мы знаем, что это происходит, но механизм непонятен. Чтобы получить ответ, мы ведем наблюдения за все большим числом черных дыр и стремимся видеть их со все большим разрешением — хочется понять, где граница между тем, что поглощается, и тем, что с огромной скоростью вылетает обратно.

В практическом плане ближайших лет применение останется прежним — это точнейшее измерение координат на Земле, калибровка работы GPS. Других настолько стабильных источников калибровки у нас нет. Остальное — вопрос десятилетий. Но практика показывает, что фундаментальные открытия со временем приходят в жизнь самым неожиданным образом.