Текст уведомления здесь

Тьма в сердце бездны

Зачем ученые пытаются разглядеть черную дыру в центре нашей Галактики

Сегодня в 16:00 по московскому времени международная радиоастрономическая коллаборация Event Horizon Telescope представит результаты работы, которой ученые занимались последние два года. Связав радиотелескопы на четырех континентах в один огромный инструмент, они попытались получить самое четкое в истории изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Особенности полученного ими снимка позволят уточнить фундаментальную для современной физики модель реальности — общую теорию относительности, а также ряд свойств сверхмассивных объектов. И, в общем-то, выяснить, действительно ли объекты, которые мы называем черными дырами, выглядят как черные дыры посреди беснующегося свечения раскаленной до адских температур материи, попавшей в гравитационный плен всепожирающего космологического монстра.
Добавить в закладки
Комментарии

В 1931 году радиоинженер Карл Янский (Karl Guthe Jansky) в течение нескольких месяцев направлял в различные стороны радиоантенну, работавшую на частоте 20,5 МГц. С ее помощью он собирался наконец выяснить, из-за чего клиенты его работодателя, компании Bell Laboratories, во время трансатлантических звонков слышат в своих трубках помехи. Янский довольно быстро выяснил, что отчасти в этом шуме были виноваты грозы. Но помимо них в его наушниках слышалось еще какое-то шипение, «эпицентр» которого постепенно сдвигался и делал полный оборот с периодом 24 часа.

4 мая 1933 года Янский, выступая на конференции Международного общества радионаук (International Union of Radio Science, URSI), представил коллегам свои соображения о том, что это был за шум и где находится его эпицентр. Он заключал, что в трансатлантические телефонные беседы, помимо всего прочего, вмешиваются «голоса» звезд, которые, по-видимому, излучают в радиодиапазоне. А самый громкий из этих источников находится в центре нашей Галактики. На следующий день фамилия Янского была на первой полосе New York Times, а ведущий одной из американских радиостанций целый день ставил в эфир запись шипения, сделанную Янским. После этого он сообщал своей аудитории, что те, мол, прослушали созвездие Стрельца.

Читайте также: Увидеть черную дыру и не умереть. Что мы знаем о черных дырах

Янский теперь считается одним из отцов радиоастрономии, но тогда физик и инженер Bell Labs отнюдь не стал популярной фигурой в науке. Его проект по созданию параболической антенны диаметром 30 метров не получил финансирования, и человек, впервые услышавший неиллюзорный шепот звезд, занялся другими делами. Подлинный расцвет его детища, радиоастрономии, пришелся на 50-е годы, которые Янский уже не застал (он умер в феврале 1950 года).

Что такое Стрелец А*

Сегодня мы знаем, что в центре Млечного Пути — в 26 000 световых лет (или 8 000 парсеков) от Земли — находится очень, очень массивный объект по имени Стрелец А* (также Sagittarius A* или Sgr A*). Его масса больше массы Солнца примерно в 4,5 миллиона раз, а радиус чуть меньше, чем расстояние между нашей звездой и Плутоном. Космическая станция «Новые горизонты», двигаясь с гелиоцентрической скоростью 45 км/c, летела от Земли до Плутона девять лет, но из Стрельца А* она, конечно, никуда бы не улетела, ведь Sgr A* — это сверхмассивная черная дыра. Огромная, но тем не менее невероятно компактная для своей массы прожорливая бездна, не отдающая в окружающую среду ничего, даже света.

Стрелец А*, снятый телескопом Chandra. В углу — «эхо» того же объектаNASA/CXC/Caltech/M.Muno et al.

Мы не знаем, как выглядят черные дыры, ведь для того, чтобы хорошо их разглядеть, нужно вооружиться очень мощным телескопом. Пока что у нас есть только симуляции этих объектов, которые астрономы создают с опорой на имеющиеся данные наблюдений (они не очень хороши) и наилучшую из имеющихся у нас моделей реальности — теорию относительности.

Одна из современных симуляций того, как Стрелец А* поглощает огромное количество газаLia Medeiros, Chi-Kwan Chan, Feryal Özel, Dimitrios Psaltis

Сегодня пробел в нашем знании о подобных объектах должен заполниться. Коллаборация EHT представит результаты наблюдений за Стрельцом А*, проводившихся в 2017 и 2018 годах. Наблюдения астрономов не только дадут нам наиболее точное изображение сверхмассивной черной дыры, но и, возможно, уточнят теорию Эйнштейна. Не исключено, что помимо Стрельца А* коллаборация покажет также и снимки сверхмассивной черной дыры в центре галактики М87, еще более далекой и намного более массивной, чем Стрелец А*.

Что такое EHT

Event Horizon Telescope — это международный научный проект, в наблюдениях которого участвуют 11 радиотелескопов, находящихся на четырех континентах: Северной и Южной Америке, Европе и Антарктиде.

Совмещение данных наблюдений позволяет получать изображения такого углового разрешения, что получил бы один инструмент с зеркалом, диаметр которого представляет собой максимальную дистанцию между крайними радиотелескопами коллаборации. Иными словами, EHT — это радиотелескоп размером практически с пол-Земли.

Телескопы коллаборации Event Horizon TelescopeESO/O. Furtak

Еще один инструмент подобной «зоркости» у радиоастрономов только один — это российский «Радиоастрон». Его зеркало еще больше, поскольку один из телескопов находится в космосе и в апогее удаляется на дистанцию орбиты Луны. Но он работает на длине волны 1,3 сантиметра, что в 10 раз длиннее, чем у EHT. Поэтому, несмотря на намного более высокое угловое разрешение, ему сложнее «прищуриться» в направлении Стрельца А*, который закрывает облако межзвездного газа где-то на полпути между Землей и центром нашей Галактики.

Как делался снимок

Несмотря на свои более чем внушительные размеры, Стрелец А* находится настолько далеко от Земли, что сделать его снимок, по словам Димитриоса Псалтиса, одного из руководителей проекта EHT, это то же самое, что сфотографировать пончик, упавший на поверхность Луны. Для наблюдателя на Земле тень (собственно черная дыра) в центре Стрельца А* должна быть размером около 50 угловых микросекунд, или примерно в 37 миллионов раз меньше диска полной Луны.

Один из участников коллаборации EHT уточняет, чего ждать от грядущей конференции

В 2017 и 2018 годах телескопы EHT обращали свой «взор» на Стрелец А*, сессии наблюдений продолжались около недели. После этого данные, полученные за время наблюдений, обрабатывались — происходило так называемое «восстановление» картинки.

Секунда наблюдения генерировала на каждом из инструментов 64 гигабайта данных. И потому только пересылка их в центры обработки (один в Германии, другой в США) и последующий обсчет заняли большую часть времени работы коллаборации: объемы данных, накопленные только за две последние сессии, исчисляются петабайтами. Участники коллаборации говорят, что в их случае обыкновенная пересылка жестких дисков по почте работала быстрее, чем передача данных по сети.

Что мы хотим увидеть

Главная задача EHT — увидеть собственно тень в сердце Стрельца А*, то есть «дырку» в диске раскаленного газа, падающего в центр этого сверхмассивного тела. Сам факт ее наблюдения подтвердит то, что название «черная дыра» вообще подходит подобным объектам (между тем если мы ее не увидим, то, например, «Интерстеллар» без улыбки смотреть уже будет невозможно).

То, как именно это «ничто» будет обрамлять светящийся диск, позволит уточнить теоретические модели, описывающие подобные объекты. Варианты могут быть и симметричной картинкой с ярко выраженной тенью в центре (если плоскость аккреционного диска перпендикулярна нашему «взгляду»), и полумесяцем, если плоскость диска, наоборот, почти отклоняется от луча нашего зрения.

Один из вариантов подобной симуляцииHotaka Shiokawa

На этом, впрочем, предел возможного достигнут не будет. Интерферометрические наблюдения будут лишь набирать четкости с ростом числа радиотелескопов, которые вместе могут смотреть в одну точку, и увеличением расстояния между ними. А запуск российского «Миллиметрона», запланированный на середину 2020-х годов, позволит ученым развернуть зеркало их наблюдений еще шире.

В этом видео на примере музыки наглядно объясняется, как в интерферометрии наращивается четкость изображения со сверхдлинной базойKatie Bouman

Кроме того, интерес для ученых представляет также и то, как именно светится диск вокруг черной дыры. По нему они смогут уточнить скорость падения материала в нее и уточнить параметры джетов, испускаемых черной дырой.

Горизонт событий для современной физики — это фронт, на котором сталкиваются теория относительности и квантовая механика, которые до сих пор не могут сойтись. Поэтому фотография того, как именно течет вещество в пасть сверхмассивного пожирателя материи на расстоянии десятков тысяч световых лет от нас, возможно, изменит эту ситуацию.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы