Первое в истории фото черной дыры?
Текущий 2019 год возможно станет настоящим научным прорывом в отношении наших знаний о космосе и природе вселенной. Астрофизики полагают, что наконец-то нашли способ запечатлеть одно из наиболее загадочных явлений в известном нам мире — черную дыру. В течение многих лет сеть телескопов Event Horizon осуществляла сбор данных и теперь ученые близки к тому, чтобы предоставить общественности первую в истории телескопическую фотографию горизонта событий черной дыры.
Учитывая широкое освещение данного феномена в научно-популярных сми, на первый взгляд может показаться странным, что за столько времени исследований нет ни одной достоверной его фотографии. Но познакомившись чуть ближе с физической природой черных дыр, становится понятна причина этого. Сила гравитации, которой они обладают настолько огромна, что ничто не может ускользнуть наружу, даже свет. Черная дыра поглощает все виды излучения, в том числе рентгеновское излучение, инфракрасное излучение и радиоволны, таким образом становится невозможным обнаружить объект напрямую. Но высокоэнергетическое излучение, создаваемое вокруг горизонта событий движением материи вполне реально обнаружить и похоже, даже запечатлеть в привычном человеческому глазу виде.
Стоит отметить, что еще в 1978 году французский астроном по имени Жан-Пьер Люмине создал то, что можно было бы назвать первым в мире изображением горизонта событий черной дыры. Это, конечно же, была не настоящая фотография, но благодаря своим знаниям в области астрофизики и математики Люмине с помощью компьютера IBM 7040 выполнил моделирование, дающее примерное представление о происходящем явлении.
“В то время изучение черных дыр было достаточно экзотическим видом научной деятельности, поскольку большинство ученых не воспринимали всерьез доказательства их существования” — сказал Люминет. Но тем не менее, сам он продолжал упорно искать косвенные признаки влияния черных дыр на окружающую вселенную, которые бы подтверждали их реальность. Именно Жан-Пьер Люмине впервые заявил о существовании аккреационного диска, появляющегося при поглощении материи и даже визуализировал его.
Используя данные, полученные от компьютера, Люмине провел много часов, вручную выполняя рисунок чернилами на фотобумаге. На изображении показано, как интенсивная гравитация черной дыры изгибает свет вокруг неё. “Изгиб световых лучей также генерирует вторичное изображение, которое позволяет нам видеть другую сторону аккреционного диска на противоположной от наблюдателя стороне черной дыры” — заявил Люмине в статье, опубликованной на arXiv.org в прошлом году. Своим открытием Люминет открыл двери воображения для множества новаторов, которые изобразили свои собственные интерпретации черной дыры, как на научных форумах, так и в мировом кинематографе.
Фильм Кристофера Нолана “Интерстеллар” 2014 года хвалили за его научно достоверное изображение черной дыры, которое было создано посредством трехмерной компьютерной визуализации при непосредственном участии американского физика-теоретика и астронома Кипа Торна. Однако стоит ожидать, что реальность горизонта событий черной дыры будет несколько отличаться от картинки, которую мы видели в фильме, где точность передачи явления уступила место визуальной привлекательности и упрощению. Характерными особенностями аккреационного диска являются ассиметрия, неравномерное свечение и сильное искажение обратной стороны диска.
Event Horizon Telescope сфокусируется на объекте под названием Стрелец А*, сверхмассивной черной дыре в центре нашей галактики Млечный Путь. Глобальная сеть радиотелескопов состоит из обсерваторий, расположенных по всей планете, в том числе на Южном полюсе, в США, Чили и французских Альпах. Результаты исследований EHT позволят сделать беспрецедентную проверку достоверности общей теории относительности Эйнштейна.
Массив телескопов Event Horizon работает с использованием техники, известной как интерферометрия с очень длинной базовой линией (VLBI). Множество независимых антенн, формирующий огромный виртуальный телескоп размером практически с Землю, позволяют “пробиться” сквозь облака газа и пыли нашей галактики, а также раскаленный газ, окружающий саму черную дыру. Ожидается, что при наличии такого количества антенн, сфокусированных на одном месте, угловое разрешение телескопа составит ошеломляющие 50 микросекунд. Говоря простым языком, это разрешение эквивалентно способности видеть грейпфрут на поверхности Луны.
Основываясь на имеющихся в настоящее время данных наблюдений, исследователи предполагают, что черная дыра, находящаяся в центре галактики Млечный Путь, вероятно, примерно в 4 миллиона раз массивнее нашего Солнца, но с диаметром горизонта событий всего 20 миллионов км. Они надеются, что дальнейшее исследование позволит лучше понять поляризацию излучения, структуру магнитного поля и релятивистские струи черной дыры.
Собранные данные, объем которых достигает до 500 терабайт от каждого телескопа, будет обрабатываться с помощью суперкомпьютера в лаборатории Массачусетского технологического института. По примерным подсчетам, ученые смогут показать радиоэлектронное изображение горизонта событий черной дыры примерно через несколько месяцев.
