Сенсация в астрономии. Получено фото черной дыры в центре нашей Галактики
- Первый портрет черной дыры
- В центре нашей Галактики
- Все дело в разрешении
Одна из радиообсерваторий проекта EHT — ALMA в пустыне Атакама в Чили — и местонахождение черной дыры Стрелец A* в центре Млечного Пути
Ученые коллаборации «Телескопа горизонта событий» сообщили, что им удалось получить изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В 2019-м эти же исследователи представили первый в истории астрономии снимок черной дыры, находящейся в центре галактики М87.
Первый портрет черной дыры
Теоретически предсказанные более ста лет назад черные дыры обнаруживают по мощному излучению из окружающего их пространства. При слиянии этих объектов возникают гравитационные волны. Но увидеть или сфотографировать черную дыру нельзя, поскольку она ничего не излучает, а падающие на нее свет и вещество полностью пропадают за линией горизонта событий.
В 2014-м ученые разных стран объединились в проект «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT), чтобы создать метод визуализации черных дыр. Приближаясь к горизонту событий, вещество разгоняется до релятивистских скоростей и закручивается, образуя аккреционный диск. Температура плазмы в нем из-за трения достигает миллионов градусов. Это тепловое излучение и решили заснять.
Основные элементы черной дыры
В любой галактике множество черных дыр, близких по массе к звездам. Однако они слишком малы. Например, радиус черной дыры с массой, как у Солнца, — около трех километров. Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик крупнее, но они значительно дальше. В обычный телескоп их не разглядеть.
Телескоп горизонта событий представляет собой глобальную сеть обсерваторий на разных континентах. Принцип радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) позволяет объединять наблюдения и тем самым имитировать поверхность, размеры которой сравнимы с диаметром Земли. Благодаря этому угловое разрешение РСДБ в десятки тысяч раз больше, чем у лучших оптических инструментов.
Расположение обсерваторий, уже входящих в проект EHT (желтым) и которые войдут в него в будущем (оранжевым и голубым)
В проекте изучались две сверхмассивные черные дыры: Стрелец A* в центре Млечного Пути и Мессье 87, известная также, как Дева А или NGC 4486, — посреди сверхгигантской эллиптической галактики М87. Это 53,5 миллиона световых лет от нас, и черная дыра там примерно в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца. Стрелец A* в тысячу с лишним раз легче Девы А и значительно ближе — «всего» 27 тысяч световых лет.
В апреле 2017-го восемь радиотелескопов от Гавайев до Южного полюса в течение пяти ночей наблюдали за этими объектами. Каждый собрал информации столько, сколько Большой адронный коллайдер не нарабатывает и за год.
На объединение данных ушло больше года. Еще год потребовался на обработку изображения. В апреле 2019-го члены коллаборации представили широкой общественности первый в истории снимок черной дыры (М87*), а журнал Astrophysical Journal Letters выложил в открытый доступ шесть статей с результатами исследования.
Ученые подчеркивают: они запечатлели не саму черную дыру, а ее «тень», которая примерно в 2,6 раза больше горизонта событий. Темную теневую область, вызванную гравитационным искривлением и захватом света, предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Полученное изображение полностью ее подтвердило. Более того, зафиксировали поляризованное излучение аккреционного диска, а на графических реконструкциях, выполненных с помощью специальных алгоритмов, видны линии магнитного поля, с которым и связана поляризация.
Сверхмассивная черная дыра в центре галактики М87
В центре нашей Галактики
Теперь же на нескольких синхронных конференциях в разных странах представили то, ради чего, собственно, и затевали EHT — изображение центра нашей Галактики. Четко видна темная область, окруженная яркой кольцеобразной структурой горячего светящегося газа. Это однозначное доказательство того, что компактный и очень массивный объект, известный как Стрелец A*, вокруг которого вращаются все звезды Млечного Пути, — действительно черная дыра. Результатам исследования посвящен специальный выпуск журнала The Astrophysical Journal Letters.
Первое фото черной дыры Стрелец А* в центре нашей Галактики
Хотя что Стрелец A* примерно в тысячу раз меньше М87*, а Млечный Путь и Дева А — галактики совершенно разного типа, обе черные дыры оказались удивительно похожими.
«Это говорит о том, что общая теория относительности одинаково применима к этим объектам, а любые различия связаны лишь с особенностями окружающего их материала», — пресс-релиз Европейской южной обсерватории приводит слова сопредседателя научного совета EHT, профессора теоретической астрофизики Амстердамского университета Сера Маркофф.
По признанию участника проекта из тайваньского Института астрономии и астрофизики Джеффри Бауэра, ученые были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна.
«Эти уникальные наблюдения значительно улучшили наше понимание происходящего в самом центре Галактики, и того, как гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — говорит он.
С черной дырой в центре нашей Галактики было значительно сложнее, чем с M87*. Стрелец A* расположен ближе, но газ вокруг него вращается намного быстрее. Чтобы сделать более или менее четкий снимок, пришлось разработать сложные алгоритмы обработки, учитывающие движение газа.
Сравнение размеров черных дыр M87* и Стрелец A* на изображениях, полученных EHT
Все дело в разрешении
В проекте EHT задействовали уже 11 телескопов, данные обрабатывают 300 научных сотрудников из 80 институтов по всему миру. Исследователи надеются, что технологические обновления позволят в будущем получить еще более впечатляющие изображения черных дыр.
Разрешающая способность любого телескопа определяется отношением длины волны принимаемого излучения к размеру прибора. Чем меньше длина волны и больше телескоп, тем лучше. Угловое разрешение EHT на волне 1,3 миллиметра — 20 микросекунд: можно разглядеть спичечный коробок на Луне. У космического телескопа Хаббла диаметром 2,4 метра, на котором получили наиболее четкие на сегодняшний день изображения звезд, туманностей и галактик, — около 0,05 угловой секунды, то есть в 2500 раз хуже.
До EHT рекорд — 7 миллисекунд — был у российского космического радиотелескопа проекта «Радиоастрон», завершившего наблюдения 5 февраля 2019-го. Но его десятиметровая антенна из 27 зеркальных лепестков, раскрывающихся в космосе наподобие огромного цветка, продолжает работать в составе орбитального комплекса «Спектр-Р». Недавно с ее помощью, при поддержке наземных РСДБ сетей «Радиоастрона» российские ученые открыли двойную сверхмассивную черную дыру в центре галактики OJ 287 В 5 миллионах световых лет от Земли.
