Loading...

Ad astra: фотография самой родной черной дыры
ESO

Фотография черной дыры в центре галактики M87 стала научным прорывом 2019 года. Получить ее изображение удалось благодаря коллаборации нескольких обсерваторий из разных частей нашей планеты. 12 мая 2022 года эта же команда астрономов опубликовала первое фото сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Это второе прямое подтверждение существования объектов, предсказанных больше ста лет назад. Учитывая значимость и сенсационность этого снимка, о нем рассказали одновременно на восьми крупных пресс-конференциях по всему миру. Разберемся, есть ли в этом открытии польза для науки, что общего у черной дыры и пончика, а также расскажем, где находится телескоп размером с Землю. 
Знакомьтесь: черная дыра

Возможность существования черных дыр была предсказана еще в начале XX века. Эти загадочные объекты представляют собой чрезвычайно массивные области пространства, притягивающие к себе остальные объекты. Сбежать из черной дыры не могут даже очень быстрые частицы, движущиеся со скоростью света, то есть фотоны. Собственно, поэтому она и черная и ее нельзя наблюдать в обычный телескоп. Но при этом дыра окружена светящимся ободом — аккреционным диском, по которому ее и можно обнаружить. Он возникает из-за выделения огромных количеств энергии (то есть тепла и света) при падении вещества на черную дыру. Объекты, попадающие в нее, сначала начинают с огромной скоростью вращаться по орбите в форме диска, возникает сильное трение — и выделяется энергия. 

Черные дыры могут быть остатками массивных звезд. Но есть еще и сверхмассивные черные дыры, которые находятся в центрах галактик. Ядра молодых активных галактик представлены квазарами, самыми яркими объектами Вселенной. Огромное количество световой энергии здесь образуется из-за интенсивного поглощения вещества, окружающего черную дыру. Когда-то квазар мог быть и в центре Млечного Пути, но теперь там только сверхмассивная черная дыра. 

Пончик на Луне

К слову о массе: у центра нашей галактики она примерно в 4 млн раз больше, чем у Солнца. И этот вес умещается в пространство размером с Меркурий! Сфотографированная в 2019 году черная дыра в галактике M87 примерно в тысячу раз больше нашей, но также и значительно дальше, поэтому для наблюдений оба объекта одинаково удобны (или не удобны). Центр Млечного Пути, так называемый Sgr A* («Стрелец А со звездочкой») находится в 27 тысячах световых лет от Земли. Чтобы понять масштаб — представьте, что на Луне кто-то оставил пончик. Это и есть размеры нашей черной дыры на небе. 

Телескоп размером с Землю

Наблюдение черной дыры — это одна бесконечная сложность, причем не только из-за ее удаленности или черноты. Но в первую очередь все же из-за расстояния. Чтобы разглядеть пончик на Луне, нужен очень мощный телескоп. Или сеть из нескольких. Ее и создали в 2014 году, использовав в качестве узлов сначала восемь уже существующих телескопов, которые были синхронизированы с помощью атомных часов. Позже к ним добавились еще несколько. Коллаборация получила название Event Horizon Telescope (EHT). В работе участвовали крупнейшие радиоастрономические обсерватории: ALMA, APEX, IRAM, NOEMA, SPT, OAN, MPIfR, LMT и другие. Огромная сеть охватывает Южный полюс, Евразию и обе Америки. По мощности это объединение можно сравнить с телескопом-интерферометром размером с Землю. 

Объединив наблюдения телескопов, которые велись в течение многих ночей, астрономы коллаборации получили тысячи терабайт данных. Для их анализа потребовалось еще несколько лет. Необходимо было перевести язык микроволн в изображения, а затем совместить их в единую картину. Всего в работе участвовали более 300 ученых из 80 институтов со всего мира. Примечательно, что непосредственный сбор информации в итоге занял всего пару лет (эксперимент начался в 2017 году) — и вот мы получили фото уже второй черной дыры. Из-за ее небольшого размера, правда, довольно размытое, несмотря на невероятное разрешение EHT — стотысячные доли угловой секунды (один интерферометр может в лучшем случае достигнуть углового разрешения до тысячной доли). 

Сначала астрономы планировали запечатлеть «нашу» черную дыру, а потом уже M87. Но последняя оказалась немного проще для наблюдений из-за ее положения в более «прозрачной» для интерферометра области пространства. Из-за запыленности нашей галактики картинка черной дыры в ее центре более переменчива, поэтому требуется больше данных. 

Теперь же у нас есть возможность сравнить две примерно одинаковые по качеству фотографии. Судя по всему, довольно похожи и сами черные дыры, а это значит, что в них происходят примерно одинаковые процессы. И это несмотря на то, что они сильно отличаются по массе и диаметру. Напомним, что их существование было предсказано еще в начале XX века, и уже существуют описывающие их математические уравнения. Так, были предсказаны и диаметры аккреционных дисков. Орбиты звезд неподалеку от центра нашей галактики красноречиво заявляли о том, что где-то рядом с ними действительно находится черная дыра. Теперь мы это знаем точно. Полученные фотографии подтвердили и правильность расчетов ширины аккреционного диска. Это еще одно доказательство корректности общей теории относительности Эйнштейна. Сеть EHT планирует свое расширение, а значит, мы сможем увидеть не только более четкие фото черных дыр, но и видео. 


Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.