Там дыра. Что астрономы увидели в центре Млечного Пути
Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — это более 300 ученых и десяток радиообсерваторий, объединенных в одну глобальную сеть, которая работает как один огромный радиотелескоп. Его задача, как видно из названия, — как можно более детально исследовать сверхмассивные черные дыры, с таким угловым разрешением, при котором можно увидеть их горизонт событий.
Свой первый результат EHT представил в 2019 году — тогда коллаборация получила снимок тени черной дыры в центре галактики M87 (мы рассказывали об этом в материале «Заглянуть за горизонт»). Однако данные, необходимые, чтобы построить это изображения, астрономы получили еще весной 2017 года. Два года ушло на калибровку данных, разработку моделей и новых методов построения изображений.
Данные для получения изображения тени Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, коллаборация собрала тогда же, в апреле 2017-го. Почему на то, чтобы показать его, ученым понадобилось еще три года?
Чем отличаются сверхмассивные черные дыры в M87 и Млечном Пути?
Сверхмассивная черная дыра, которую EHT продемонстрировал в 2019 году, — гигант, одна из самых массивных известных нам черных дыр. Ее масса в 6,5 миллиарда больше массы Солнца. Ее дом — гигантская эллиптическая галактика Дева А (Мессье 87) в центре сверхскопления Девы, это в 55 миллионах световых лет от Земли. Черная дыра в М87 окружена аккреционным диском и испускает релятивистские джеты — струи заряженных частиц, двигающихся со скоростью, близкой к скорости света. Джеты в M87 хорошо видны во всем диапазоне электромагнитного спектра.
Наша черная дыра Стрелец А* (Sagittarius A*) — гораздо более обыкновенная, во Вселенной таких большинство. Она намного ближе, на расстоянии 27 тысяч световых лет от нас, а ее масса на три порядка меньше, чем у черной дыры в М87 — около 4 миллионов масс Солнца. Темп аккреции вещества на SgrA* также существенно меньше, и ничто не свидетельствует о том, что она испускает джеты.
Но она к нам ближе всего. И мы еще в 1990-х годах смогли точно определить ее массу: астрономы изучили орбиты звезд, двигающихся вокруг SgrA*, и по параметрам этих орбит подсчитали массу. При этом результаты двух групп, полученные независимо на двух различных телескопах, сошлись с хорошей точностью. В 2020 году за эту работу была присуждена Нобелевская премия по физике (подробнее читайте в нашем материале «И все-таки они существуют»).
Черная дыра в центре M87 примерно в тысячу раз тяжелее, чем SgrA*, но и в тысячу раз дальше. Поскольку размер горизонта событий черной дыры прямо пропорционален ее массе, а угловой размер на небе обратно пропорционален расстоянию, изображения теней обеих черных дыр должны быть примерно одного размера. Но получить картинку с SgrA* оказалось гораздо сложнее.
- Во-первых, мы находимся в плоскости диска Млечного Пути и нам приходится смотреть в его центр через плотные облака газа и пыли, которые находятся на пути излучения.
Проходя через эти облака, излучение ослабляется и изображение становится более размытым, возникают субструктуры пятна рассеяния, обнаруженные российским телескопом «Радиоастрон» (читайте об этом в материале «„Радиоастрону“ пять лет»). И поглощение, и искажение излучения приходится учитывать при построении финального изображения. Эти эффекты были теоретически предсказаны ранее, но для большинства других активных ядер галактик они малы, и на практике их почти никогда не учитывают. Поэтому в коллаборации EHT пришлось разрабатывать методы учета таких искажений, чтобы в итоге получить четкие изображения.
- Во-вторых, поскольку SgrA* меньше, чем M87*, все процессы в ней происходят быстрее.
«Для М87 размер горизонта событий — примерно полтора световых дня, и поэтому на этом масштабе картинка этого бублика меняется очень медленно. Если представить, что вы снимаете черную дыру в М87 обычным фотоаппаратом, то это означало бы, что вы можете держать затвор открытым восемь-девять часов. За это время картинка почти не изменится, и вы сможете спокойно все данные, собранные за этот период использовать для синтеза единого изображения, — объясняет в беседе с