Но что мы видим на полученном изображении чёрной дыры

Наука и жизньНаука

Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы

Астрономы добились огромного успеха — впервые получили изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики. Но что мы видим на полученном изображении, как оно получено и почему выбрана именно галактика М 87?

Кандидат физико-математических наук Алексей Понятов.

0:00 /
1404.031
Художественное изображение чёрной дыры с аккреционным диском, повёрнутым к Земле ребром.

Чёрные дыры — необычные космические объекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна. Они имеют гигантские массы и исключительно компактные размеры. Их гравитация настолько велика, что не позволяет «убежать» от них даже свету. Граница области, которую не может покинуть свет, называется горизонтом событий, а её радиус — гравитационным радиусом. Гравитационный радиус считают размером чёрной дыры.

Если чёрная дыра сферически симметрична и не вращается, её гравитационный радиус можно вычислить по формуле, полученной в 1916 году немецким физиком Карлом Шварцшильдом из общей теории относительности Эйнштейна. Эту расчётную величину называют радиусом Шварцшильда (RS). Чтобы возникла чёрная дыра, массивное тело должно быть сжато до размера меньшего RS. Для Солнца RS около 3 км, а для сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Sgr A*) он составляет примерно 12,7 миллиона километров. Это всего лишь в 20 раз больше Солнца. Сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики М 87 — одна из самых больших среди известных. Для неё радиус Шварцшильда около 20 миллиардов километров, что примерно в четыре раза больше орбиты Нептуна.

Галактика М 87 находится в созвездии Девы. Открыта Шарлем Мессье в 1781 году. Карта создана в программе Stellarium.

Смысл названия «горизонт событий» в том, что информация о событиях, произошедших внутри этого горизонта, никогда не достигнет наблюдателя, находящегося за его пределами, ведь свет от точек внутри горизонта не сможет уйти от чёрной дыры. Эти события находятся для нас как бы за горизонтом.

По происхождению выделяют два вида чёрных дыр. Первый — чёрные дыры звёздной массы, они представляют собой остатки массивных звёзд (массой более 20 масс Солнца), которые взорвались как сверхновые. Это последний этап эволюции звёзд. Второй вид — сверхмассивные чёрные дыры с массами более 100 тысяч масс Солнца. Как они образовались, пока не ясно. По одной из гипотез они сформировались из огромных облаков материи одновременно с галактиками. Другая гипотеза предполагает, что они возникли в результате слияния сталкивающихся чёрных дыр звёздной массы.

«Голую» чёрную дыру увидеть нельзя. Сама она практически не излучает, а падающий свет полностью поглощает, так что даже отражённым светом, подобно Луне, не светит.

Чёрные дыры ранее обнаруживали по мощному излучению из их окрестностей. Благодаря своей чудовищной гравитации они стягивают к себе вещество из окружающего пространства. Падающее на чёрную дыру вещество разгоняется до околосветовых скоростей и закручивается вокруг неё, образуя аккреционный диск. Температура плазмы в нём из-за трения достигает миллионов градусов. Поэтому аккреционный диск испускает тепловое излучение. Движение же релятивистских электронов в искривлённом магнитном поле порождает так называемое синхротронное излучение. Часто у таких чёрных дыр возникают выбрасываемые струи плазмы — джеты, тоже движущиеся с огромной скоростью. Диск и джеты — сильнейшие источники излучения во всех диапазонах электромагнитных волн. Аккреционные диски, возникшие около сверхмассивных чёрных дыр в центрах некоторых галактик, — невероятно яркие и могут затмить все остальные миллиарды звёзд этой галактики, вместе взятые.

Доказательством существования чёрных дыр служат и обнаруженные в 2015 году гравитационные волны от их слияния (см. «Наука и жизнь» № 3, 2016 г.).

Что такое телескоп горизонта событий и как он работает?

Даже сверхмассивные чёрные дыры, обнаруженные в центрах многих галактик, в том числе и нашего Млечного Пути, представляют собой сравнительно малые объекты, что до сих пор делало невозможным их прямое наблюдение. Ни один земной телескоп не обладает достаточным разрешением, чтобы разглядеть области такого размера. Напомним, что разрешающая способность зависит от отношения λ/D, где λ — длина волны принимаемого излучения, а D — размер телескопа. Чем меньше длина волны и больше размер телескопа, тем лучше угловое разрешение, тем более мелкие детали он может рассмотреть.

Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) предназначен именно для получения изображений чёрных дыр. Он представляет собой систему из нескольких наземных радиотелескопов, расположенных в разных местах Земли. Использование метода интерферометрии со сверхдлинной базой и вращения нашей планеты позволяет объединить их в единый гигантский телескоп размером с земной шар. Благодаря современным алгоритмам обработки данных EHT достиг углового разрешения порядка 20 микросекунд, что соответствует способности читать заголовки газет на Луне. Для сравнения разрешение телескопа Хаббла диаметром 2,4 метра составляет около 0,05 угловой секунды, что в 2500 раз хуже.

Расположение телескопов ЕНТ, участвовавших в наблюдениях в апреле 2017 года: SMA и JCMT — Гавайи, SMT — США, LMT — Мексика, ALMA и APEX — Чили, SPT — Антарктида и PV (IRAM) — Испания. Сплошные линии показывают пары телескопов, следивших за М 87, пунктирные — за квазаром 3C 279, который использовали для калибровки измерений. Иллюстрация из статьи в «The Astrophysical Journal Letters», Volume 875, Number 1, CC BY 3.0.

Создание EHT было технической задачей величайшей сложности, решение которой потребовало организации и отладки всемирной сети телескопов. Хотя телескопы не связаны друг с другом физически, получаемые ими наблюдательные данные необходимо было очень точно синхронизировать при помощи атомных часов. На подготовительную работу потребовалось 10 лет и 290 миллионов долларов.

Проект EHT — это не только телескопы, но и международный коллектив, в который входят более 200 астрономов из 60 исследовательских организаций Европы, Азии, Африки, Северной и Южной Америки. Чтобы на основе наблюдений получить изображение чёрной дыры, требовались теоретические и имитационные исследования, разработка алгоритмов обработки данных.

В период с 5 по 11 апреля 2017 года EHT наблюдал M 87 в течение четырёх дней. В работе участвовали восемь радиотелескопов: ALMA, APEX (Чили), 30-метровый телескоп IRAM (Испания), телескоп Джеймса Клерка Максвелла JCMT и Субмиллиметровая решётка SMA (Гавайи), Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано (LMT, Мексика), Субмиллиметровый телескоп (SMT, США) и телескоп на Южном полюсе (SPT, Антарктида).

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Девушка года Playboy-2018» From Siberia with love Девушка года Playboy-2018» From Siberia with love

«Девушка года Playboy-2018»: Лидия Пономарева – из Сибири с любовью

Playboy
Кошмар для Кремля. Чего ждут в Вашингтоне от встречи Зеленского и Трампа Кошмар для Кремля. Чего ждут в Вашингтоне от встречи Зеленского и Трампа

Владимир Зеленский получил приглашение президента США посетить Вашингтон

Forbes
Берут – беги Берут – беги

Теневая экономика России настолько велика, что называть ее теневой даже неловко

Esquire
Почему мы больше не хотим заниматься сексом? Почему мы больше не хотим заниматься сексом?

Исследования по всему миру отмечают снижение интереса к сексу

GQ
Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018» Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy
Дважды в одну воду: как новый сезон «Большой маленькой лжи» пытается повторить успех первого Дважды в одну воду: как новый сезон «Большой маленькой лжи» пытается повторить успех первого

На HBO и «Амедиатеке» начался второй сезон «Большой маленькой лжи»

Esquire
Сила мысли Сила мысли

Как можно работать с мыслями — и почему стоит это делать

Yoga Journal
Максим(ум) возможностей Максим(ум) возможностей

После расставания с Ксенией Собчак жизнь Максима Виторгана не остановилась

Cosmopolitan
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Диванные эксперты Диванные эксперты

У производителей мягкой мебели есть ответ на любой запрос

AD
Улыбаться жизни вместе Улыбаться жизни вместе

Кто сказал, что жизнь – это всегда преодоление?

Psychologies
Самые высокооплачиваемые спортсмены мира — 2019. Рейтинг Forbes Самые высокооплачиваемые спортсмены мира — 2019. Рейтинг Forbes

Рейтинг самых высокооплачиваемых спортсменов мира

Forbes
Рама Тайский: король в законе Рама Тайский: король в законе

Сегодняшний тайский король даст фору Калигуле

Maxim
Тест и обзор DSLM-камеры Fujifilm X-T30: урезанная, но классная Тест и обзор DSLM-камеры Fujifilm X-T30: урезанная, но классная

Fujifilm X-T30 — это DSLM-камера с APS-C-матрицей

CHIP
Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным Правила идеальной лжи: как говорить неправду и выглядеть убедительным

Обманывать так, чтобы другие поверили, — это тоже своего рода искусство

Psychologies
Ретро ФМ Ретро ФМ

Марина Филиппова оформила дом 1970‑х годов в Тосканской деревне

AD
11 способов становиться немного умнее каждый день 11 способов становиться немного умнее каждый день

Интеллект, как и тело, требует правильного питания и регулярных тренировок

Psychologies
Андрей Артемов о дебюте в Париже и запуске линии сумок и денима Андрей Артемов о дебюте в Париже и запуске линии сумок и денима

Дизайнер рассказал, как ему удалось сделать российский бренд успешным

Vogue
Криптовалюты. Поколение второе Криптовалюты. Поколение второе

От «цифрового золота» к полноценным деньгам

Популярная механика
«Возрастная дискриминация у нас начинается в 45 лет» «Возрастная дискриминация у нас начинается в 45 лет»

Почему вместе с сокращением рабочих мест сокращается и безработица?

Огонёк
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

Как понять, кого нужно избегать? Да и нужно ли на самом деле?

Psychologies
Путин внепланово приехал в Иркутскую область из-за паводков Путин внепланово приехал в Иркутскую область из-за паводков

Владимир Путин прибыл в Иркутскую область, где объявлен режим ЧП

Forbes
Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость Иммунитет от хамства: как реагировать на грубость

Как защититься от хамства, не опускаясь до него?

Psychologies
Человек-кремень Человек-кремень

О русском кино, внутренней свободе и актерских техниках как опыте трансмедитации

OK!
Восемь умных ног Восемь умных ног

Это морское существо называют «самым курьёзным созданием» на нашей планете

Наука и жизнь
Как стать веганом и не растерять мышечную массу: 5 главных правил Как стать веганом и не растерять мышечную массу: 5 главных правил

Поверь, не только куриная грудка способна сделать тебя качком

Playboy
Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке Молчит наука: 9 мифов о Джеймсе Куке

Первооткрыватель Австралии и Новой Зеландии, оружие и обед туземцев

Вокруг света
Впервые в истории РБК, «Ведомости» и «Коммерсантъ» вышли с одинаковой протестной полосой Впервые в истории РБК, «Ведомости» и «Коммерсантъ» вышли с одинаковой протестной полосой

Она посвящена требованию проверить действия органов

Playboy
Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки Правила здорового сна: уберите от кровати гаджеты и яблоки

Удается ли вам спать достаточное количество часов?

Psychologies
Здесь творили историю Здесь творили историю

Чем живут и на что надеются участники стройки века

Огонёк
Открыть в приложении