Сергей Попов - Суперобъекты. Звезды размером с город

Для первого измерения можно воспользоваться любой ясной ночью или просто взять хорошие карты или каталог. Но как измерить положения звезд, когда свет от них проходит мимо массивного тела? Например, можно воспользоваться ситуацией, когда звезды оказываются рядом с солнечным диском. Днем, естественно, звезды увидеть трудно, но если у нас происходит солнечное затмение, то тогда мы можем наблюдать звезды очень близко от солнечного диска. Ученые именно так и поступили, и предсказание Общей теории относительности очень хорошо совпало с данными наблюдений. Тогда же специалисты подумали о том, что этот эффект можно наблюдать, если между нами и какой-то далекой звездой пролетает другая звезда. Позже гравитационное линзирование на объектах звездных масс получило название микролинзирования.

Как мы можем увидеть событие микролинзирования? Одну из первых статей по феномену линзирования опубликовал в 1924 году российский ученый Орест Хвольсон. Наблюдаемых эффектов здесь два. Первый мы уже назвали – видимое положение звезды на небе немного меняется. Второй эффект наблюдать даже проще. Звезда, которую мы наблюдаем, становится ярче, потому что гравитационная линза работает как собирающая линза. Свет звезды концентрируется и попадает к нам в телескоп. То есть когда мы измеряем блеск звезды, то видим, что в момент, когда между нами и звездой пролетает объект, являющийся гравлинзой, интенсивность излучения растет, а потом, когда линза улетает, она становится прежней.

Вроде бы все просто, но насколько вероятно такое событие? Первые оценки сделал сам Эйнштейн. Еще в 1912–1915 годах, задолго до своей знаменитой статьи 1936 года, посвященной гравитационному линзированию, он провел все основные вычисления, которые были позже обнаружены в его черновых записях [15]. Он рассмотрел вопрос о том, нельзя ли линзированием объяснить феномен новых звезд (сейчас мы знаем, что это двойные системы, где происходит термоядерная вспышка в веществе, накопленном на поверхности белого карлика). Оказалось, что линзирование тут ни при чем. Кроме того, что кривые блеска отличаются по форме (при линзировании кривая должна быть симметричной, причем во всех цветах, а у новых кривые асимметричны), новые вспыхивают слишком часто, чтобы линзирование позволило их объяснить. Чтобы увидеть в течение года одно событие микролинзирования, нужно наблюдать за миллионами звезд! Эта задача технически была невыполнима более полувека с момента предсказания, пока наблюдали с помощью фотопластинок (или даже визуально), но потом появились ПЗС-матрицы. Большой вклад в развитие метода микролинзирования был сделан Богданом Пачинским в 80-е годы ХХ века. Именно он обратил внимание на перспективы использования ПЗС-матриц для наблюдений этого явления. Он же впервые использовал слово «микролинзирование».

Современная ПЗС-матрица характеризуется мегапикселями, т. е. миллионами элементов, которые получают изображение, а значит, если у вас есть поле, заполненное звездами, вы можете на одном снимке следить за блеском сразу миллионов звезд – очень удобно. И как только это стало технически возможно, люди стали искать эффект гравитационного микролинзирования и довольно быстро его обнаружили.

Линзирование позволяет определить массу объекта, который выполняет роль линзы. Оказалось, что в некоторых случаях масса объекта большая: скажем, 10 масс Солнца или 6–7 масс Солнца. Если бы это была обычная звезда, то при массе 8–10 солнечных она была бы очень яркой, т. е. ее было бы хорошо видно. А наблюдения показывали, что объект абсолютно темный. Единственный темный компактный объект из тех, что мы знаем, который может иметь такую массу и летать где-то поблизости в нашей Галактике, – это черная дыра.

Сейчас есть несколько очень хороших кандидатов в одиночные черные дыры (в сентябре 2015 года ученые добавили несколько новых кандидатов, обработав данные проекта OGLE), которые были открыты с помощью микролинзирования. Недостаток у них один: линзирование – разовый феномен, черная дыра прошла между нами и какой-то далекой звездой и улетела. Мы не можем ее наблюдать ни до линзирования, ни после линзирования – мы видим только сам эффект. Так что надежно подтвердить, что за событие ответственна именно черная дыра, мы, к сожалению, не можем. Поэтому, с одной стороны, мы знаем, что есть хорошие кандидаты в черные дыры в двойных системах, с другой стороны, надежных кандидатов в одиночные черные дыры или старые нейтронные звезды пока нет, и это остается задачей на будущее.