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

Однажды в середине мая, когда я уже собираюсь уходить, у меня в кабинете появляется Сара Иссаун и говорит подозрительно бесстрастным тоном: “Вы уже видели наши первые калибровочные графики для Sgr A* и M87? По-моему, они должны вас заинтересовать”. Настроение у Сары по обыкновению приподнятое, но сегодня ее глаза еще и как‐то плутовато поблескивают. Я с любопытством смотрю на экран. Отвожу взгляд… смотрю еще раз. И ошеломленно спрашиваю: “Вы все верите в то, что видите?” “Ну, это пока предварительные данные, и нам еще надо их тщательно перепроверить”, – отвечает она.

Калибровочная команда изучает состоящую из едва заметных точек кривую. Это – “звукоряд” для M87. Наподобие темброблока[166] старомодной Hi-Fi-стойки ди-джея, эта кривая показывает упорядоченную по частоте “громкость” каждой измеренной нами “ноты”. При смещении по ней в область “нот высокой частоты” изображения громкость монотонно снижается и постепенно доходит до нуля. Если бы изображение черной дыры было портретом, мы бы точно знали размер ее головы: чем высоких нот меньше, тем голова больше. Но затем кривая начинает опять подниматься вверх. Мы измерили и достаточно много громких высоких нот. У головы есть лицо, и мы его запечатлели! Самые высокие и самые важные для успеха нашего предприятия ноты достигли нас в самые последние минуты, когда наблюдение велось одновременно и в Испании, и на Гавайях. Поистине поразительно!

Я облегченно вздыхаю, но все‐таки продолжаю нервничать. “Это слишком хорошо, чтобы быть правдой!” Форму данной кривой знает каждый – она есть в любом учебнике по радиоастрономии[167]. “Боюсь сглазить, но кривая достаточно точно соответствует Фурье-преобразованию кольца. Если это действительно так, то объект M87 и впрямь настолько большой, насколько считают некоторые, и мы видим его тень”, – говорю я, испытывая почти благоговейный трепет. “Да, от шести до семи миллионов солнечных масс”, – улыбаясь, добавляет Сара.

“Хорошо, подождем и потом посмотрим”, – отвечаю я, сделав невозмутимое лицо. Тем не менее весь остаток дня я нервно расхаживаю по кабинету. Ощущение такое, будто вот-вот должен появиться очень важный гость, которого вы ждали десятки лет. Вскоре мы впервые его увидим. Благодарственная молитва звучит в комнате, где обычно рассуждают вполне трезво.

Большой сюрприз

Поскольку РСДБ измеряет не все ноты, то с точки зрения теории это означает, что наши данные можно сопоставить с большим числом изображений. Если нет полной нотной записи симфонии, то теоретически по имеющимся нотам можно наиграть большое число мелодий, хотя, вероятно, большинство из них будет звучать очень нескладно.

Меня беспокоит один вопрос: как убедиться, что мы не обманываем сами себя? Именно мы должны стать своими самыми строгими критиками. К счастью, кажется, в нашей команде все ясно осознают эту опасность, и потому, анализируя данные, мы проверяем каждый шаг по крайней мере двумя независимыми методами.

Калибровочная группа обрабатывает данные очень старательно. Линди Блэкберн, специалист в подобного рода задачах, создает один конвейер данных[168], а Майкл Янссен совместно с нашей группой – второй. Свой конвейер Майкл называет rPICARD[169]. Теперь остается только, подражая капитану из моего любимого сериала “Звездный путь”, скомандовать “Делай!”, чтобы начался полностью автоматический процесс обработки данных. Оба конвейера выдают сопоставимые результаты: инструмент настроен. Значит, откалиброванные данные можно использовать для построения изображения. Этой задачей займется большая, преданная своему делу группа специалистов по визуализации[170], составленная из числа всех членов сообщества EHT.

Путь до изображения, безупречного по научным меркам, все еще долог. В работе группы визуализации участвуют десятки коллег по всему миру. Их работа включает в себя много различных этапов. Есть большое число отличающихся друг от друга методов, которыми можно построить изображение. Здесь на сцену выходит Кэтрин Боуман – эксперт в области электронной обработки изображений, заинтересовавшаяся ею еще в старших классах школы. Окончив университет, Боуман сначала работала в MIT, а затем перешла в Гарвард. Она знает все о неоднозначности обработки изображений и о том, как лучше обойти самые опасные ловушки. Кэтрин регулярно проводит для EHT проверочные испытания РСДБ-экспертов и алгоритмов. Участники этих испытаний получают данные моделирования. Некоторые данные выглядят так, как действительно может выглядеть изображение черной дыры, на других виден джет, а некоторые напоминают снежную бабу в шапке, шарфе и с носом из морковки. Это нечто вроде своеобразного конкурса красоты: команды должны представить реконструированное изображение, не зная, что скрывается за данными. Есть даже подобие жюри, оценивающего результаты работы команд. Один раз в него входил и я. Так снова и снова мы проводим своего рода контроль качества нашего анализа данных, что позволяет команде визуализации отобрать несколько доказавших свою надежность алгоритмов, которые затем еще дорабатываются.

До сих пор команда визуализации работала только с данными моделирования и данными калибровочной группы. Но теперь все серьезно. Теперь им передали измеренные и настроенные нотные записи из симфоний M87 и Sgr A*. Напряжение невероятное: на что будет похожа наша черная дыра? Мы чувствуем себя, как дети рождественским утром. Под елкой лежит несколько огромных подарков, и теперь их следует развернуть. Но это подарки особого рода: развернуть их можно только один раз. Второго раза не будет. В науке разворачивание – оценка данных – это тоже эксперимент. И тот факт, что оценку выполняют люди, может повлиять на результат.

Чтобы разворачивать подарок независимо друг от друга, группа оценки делится на четыре подгруппы[171]. Я со своими аспирантами Сарой, Майклом и Фриком Рулофсом в команде II. Нашу команду, распределенную по трем континентам, возглавляют Сара и японский коллега Казунори Акияма.

Чтобы обеспечить независимость результатов каждой из команд, всякое общение между подгруппами запрещено. И, естественно, никому не позволено демонстрировать полученные изображения кому‐то вне EHT. Мы хотим быть абсолютно уверены, что утечек нет. Но, должен покаяться, я все же показываю изображения своей жене.

Расписание у групп визуализации очень жесткое. Ночью, 6 июня 2018 года, данные измерений для M87 и Sgr A * переданы всем четырем командам. Все очень взволнованы. Аспиранты немедленно приступают к анализу данных. Сначала каждый из них работает над изображением, порученным именно ему (или ей). Я в это время опять нахожусь в Соединенных Штатах, на конференции Американского астрономического общества, где рассказываю о нашей лунной радиоантенне. Я стараюсь скрывать волнение и втихомолку поддерживаю связь с Фриком и остальными. Этой ночью по всему миру появились первые изображения черной дыры. Никто не знает, кто был первым, да это и неважно. Пока я сижу в самолете, летящем обратно в Германию, дело продолжает двигаться вперед. Во время полета из Денвера мое внутреннее напряжение становится почти невыносимым. На борту в развлекательной программе я обнаружил короткое обучающее видео с Кэтрин Боуман. “К тому моменту как я приземлюсь, это уже будет неактуально”, – тихонько улыбаясь, думаю я. Когда наконец самолет останавливается на взлетно-посадочной полосе во Франкфурте, я вытаскиваю из кармана смартфон, чтобы взглянуть на изображения, построенные моей группой. Долгожданный гость вот-вот появится.

Мое эмоциональное состояние напоминает состояние героя-любовника в конце душещипательного романа позапрошлого века. Изображение – моя далекая возлюбленная. Я ждал десятки лет, зная о ее любви только благодаря пылким письмам, которыми мы часто обменивались. Хотя я никогда не видел свою возлюбленную, у меня в голове сложился ее четкий образ. Это – долгожданная гостья. И она должна вот-вот появиться. Взгляд на первое изображение сравним с первым взглядом в лицо возлюбленной, когда открывается дверца подъехавшей кареты. К радости ожидания примешиваются страх и тревога. Не подвело ли меня воображение? Может, это только мои фантазии? Что если реальность окажется гораздо грубее и уродливее? Что если ее вид оставит меня холодным? Но карета уже остановилась… дверца распахнулась.