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

Заповедные новости Заповедные новости

Новости заповедников: орланы-белохвосты, разорение гнезд и амурская тигрица

Наука и жизнь
Физики и лирики Физики и лирики

Противоположные модели выясняют, каким должен быть идеальный седан бизнес-класса

АвтоМир
Что будет в небе после МКС Что будет в небе после МКС

Через пять лет над Землёй будут работать станции разных стран, а не одна МКС

Монокль
Надо поговорить! Разговор о правильном питании компании «Нестле» Надо поговорить! Разговор о правильном питании компании «Нестле»

Правильное питание ребенка — постоянная головная боль каждого родителя

Cosmopolitan
Теория поколений Теория поколений

Как появились люди X, Y, Z, альфа и чем они отличаются в разных странах?

Вокруг света
Расписание площадок Расписание площадок

Публикуем тайминг активностей на фестивале Esquire Weekend

Esquire
15 главных фильмов лета 15 главных фильмов лета

О фильмах, которые не стоит пропускать этим летом

РБК
Экспресс-обзор: 7 удивительных поездов Экспресс-обзор: 7 удивительных поездов

Добраться из пункта А в пункт Б можно разными способами

Вокруг света
10 лучших спектаклей Театральной олимпиады в Петербурге 10 лучших спектаклей Театральной олимпиады в Петербурге

В Санкт-Петербурге 15 июня стартует девятая по счету Театральная олимпиада

Forbes
Штраф за пробку: какие ловушки ждут автомобилистов Штраф за пробку: какие ловушки ждут автомобилистов

Автомобилисты стали чаще жаловаться на ошибочные, по их мнению, штрафы с камер

РБК
Бабушка, живущая в сети: как пенсионерка зарабатывает больше миллиона рублей в месяц благодаря YouTube Бабушка, живущая в сети: как пенсионерка зарабатывает больше миллиона рублей в месяц благодаря YouTube

Проект приносит по 1,2 млн рублей выручки и около 300 000 рублей прибыли в месяц

Forbes
Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова Вывод средств, политика, рейдерство: что стоит за делом против основателя «Рольфа» Сергея Петрова

Основателя «Рольфа» обвинили в незаконном выводе средств за рубеж

Forbes
«Не ори на мать!» Звезды, у которых очень напряженные отношения с родителями «Не ори на мать!» Звезды, у которых очень напряженные отношения с родителями

О тех звездах, кто не поддерживает связь с родней

Cosmopolitan
Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех Совершенно секретно: как выглядят родители звезд, которых они скрывают от всех

Рассказываем о родителях звезд, которые избегают публичности

Cosmopolitan
Как получать удовольствие от любого дела. Даже самого скучного Как получать удовольствие от любого дела. Даже самого скучного

Как получать удовольствие, даже от самой монотонной и неинтересной работы?

Psychologies
Топ-7 телевизоров с диагональю 50-55 дюймов до 30 000 рублей Топ-7 телевизоров с диагональю 50-55 дюймов до 30 000 рублей

Достойные модели больших телевизоров дешевле 30 000 рублей

CHIP
Ведущие «Первого канала»: 8 женщин на страже главной кнопки русского телека Ведущие «Первого канала»: 8 женщин на страже главной кнопки русского телека

Своих телеведущих надо знать в лицо

Playboy
Работа не в радость: выгорание или апатия? Работа не в радость: выгорание или апатия?

Как распознать апатию и не довести себя до полного выгорания

Psychologies
Toyota Supra Toyota Supra

После долгих лет забвения японский спорткар вернулся во всей своей красе

Quattroruote
Этика и синтетика Этика и синтетика

Звезда электропопа Sophie разрушает границы и стереотипы

Vogue
Фабрика цифр. Как Росстат собирается стать полезным для бизнеса Фабрика цифр. Как Росстат собирается стать полезным для бизнеса

Росстат за последний год стал одним из самых критикуемых ведомств в стране

Forbes
Кто они такие: самые известные «инстаграмщицы», которые выбились в высший свет Кто они такие: самые известные «инстаграмщицы», которые выбились в высший свет

С чего начинали и кем стали знаменитые инста-модели

Cosmopolitan
Сергей Агапкин «Терпеть не могу тупость» Сергей Агапкин «Терпеть не могу тупость»

Ведущий передачи «О самом главном» рассказал, как сохранять молодость и здоровье

StarHit
20 вопросов к Вигго Мортенсену 20 вопросов к Вигго Мортенсену

Американо-датский актер Вигго Мортенсен отвечает на 20 вопросов

Playboy
Что делать, если тебя повысили на работе, а твой друг остался на прежнем месте Что делать, если тебя повысили на работе, а твой друг остался на прежнем месте

Конкуренция между друзьями за повышение не должна заканчиваться драмой

Playboy
Диалоги о любви Диалоги о любви

Звездные свадьбы приковывают внимание

OK!
На старт, внимание На старт, внимание

Новую гонку ведущих космических держав можно считать открытой

Популярная механика
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
Эпиляция и депиляция: что можно и нельзя во время беременности Эпиляция и депиляция: что можно и нельзя во время беременности

Беременность накладывает ограничения на методы борьбы с нежелательными волосами

9 месяцев
Объявление кибервойны: противостояние держав приняло опасный оборот Объявление кибервойны: противостояние держав приняло опасный оборот

Новая холодная война уже не кажется просто броской журналистской метафорой

Forbes
Открыть в приложении