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

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
Максим(ум) возможностей Максим(ум) возможностей

После расставания с Ксенией Собчак жизнь Максима Виторгана не остановилась

Cosmopolitan
#инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью #инструктаж: как побороть стресс и тревогу этой осенью

Шесть простых практик, которые помогут отвлечься от тревожных мыслей

РБК
На понты нет времени. Сколько стоит счастье миллениалов На понты нет времени. Сколько стоит счастье миллениалов

Структура трат поколения Y изменилась: покупка новых вещей не радует, как раньше

Forbes
Найти свое место в новой реальности Найти свое место в новой реальности

Кого из соискателей при прочих равных выбирают сегодня работодатели?

Psychologies
Новой Джейн Биркин не будет. Вице-президент Hermès об инстаграм-блогерах, очереди за сумками и диджитализации моды Новой Джейн Биркин не будет. Вице-президент Hermès об инстаграм-блогерах, очереди за сумками и диджитализации моды

Флориан Краен рассказал, почему сегодня нельзя быть консервативными

Forbes
Тайна гибели академика Легасова Тайна гибели академика Легасова

В апреле 1988 года был обнаружен повесившимся Валерий Легасов

Дилетант
Где поесть в Лондоне. Гастрономический гид ресторатора Ильи Тютенкова Где поесть в Лондоне. Гастрономический гид ресторатора Ильи Тютенкова

Илья Тютенков отправился в Лондон, чтобы смахнуть пыль с вековых барных стоек

РБК
6 признаков глупого человека 6 признаков глупого человека

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

Psychologies
Как все-таки надо мыть овощи и фрукты: пошаговое руководство Как все-таки надо мыть овощи и фрукты: пошаговое руководство

Пора уже разобраться в этом вопросе раз и навсегда

Playboy
6 шагов к развитию эмоционального интеллекта 6 шагов к развитию эмоционального интеллекта

Как научиться понимать других – и как сделать так, чтобы они лучше понимали нас

Psychologies
«Напоминает анекдот про Винни-Пуха»: Россия и Украина оценили перспективы переговоров о транзите газа «Напоминает анекдот про Винни-Пуха»: Россия и Украина оценили перспективы переговоров о транзите газа

Россия и Украина обменялись мнениями о перспективах контракта на транзит газа

Forbes
Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других Мозг, память и чтение: как стать умнее и знать больше других

Ученые сделали вывод, что объем памяти мозга человека составляет 1 петабайт

Популярная механика
Как скрыть раздел жесткого диска? 4 проверенных способа Как скрыть раздел жесткого диска? 4 проверенных способа

Скрытый раздел на жестком диске создается чаще всего после установки новой ОС

CHIP
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
Алкогений: Хамфри Богарт Алкогений: Хамфри Богарт

История пьянства и творчества Хамфри Богарта

Maxim
Улыбаться жизни вместе Улыбаться жизни вместе

Кто сказал, что жизнь – это всегда преодоление?

Psychologies
Celera 500l: что известно о самом секретном самолете в мире Celera 500l: что известно о самом секретном самолете в мире

Таинственный самолет от Otto Aviation

Популярная механика
Новое начало Новое начало

Если вы хотите начать долгосрочные изменения, попробуйте простую практику

Yoga Journal
Ну послушай! 5 лучших подкастов о бизнесе и карьере Ну послушай! 5 лучших подкастов о бизнесе и карьере

Любой тренд в обществе в определенный момент обязательно становится бизнесом

Forbes
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
Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS Самый дорогой объектив по цене Kia Rio: Sony 600 mm F4 GM OSS

На что способен объектив почти за 1 млн рублей? Разбираемся в обзоре

CHIP
Сокровища Урарту Сокровища Урарту

Четыре сокровища древнего Урарту

Вокруг света
Кроссовер за миллион. Тест-драйв Renault Arkana Кроссовер за миллион. Тест-драйв Renault Arkana

Arkana больше всего удивляет ценой

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

Финалистки конкурса «Девушка года Playboy-2018»

Playboy

Take That решились собраться втроем, чтобы напомнить о себе и своих старых хитах

Playboy
Лена Горностаева Лена Горностаева

Какую часть мужского тела Лена Горностаева считает самой сексуальной?

Playboy
Мастерица словесного беспредела. К столетию кинокритика Полин Кейл, которую боялcя и уважал весь Голливуд Мастерица словесного беспредела. К столетию кинокритика Полин Кейл, которую боялcя и уважал весь Голливуд

Сегодня, 19 июня, исполняется 100 лет со дня рождения Полин Кейл

Forbes
Люди на пределе Люди на пределе

Возможности нашего собственного, среднестатистического тела

Вокруг света
«В железном занавесе никто не заинтересован»: западная компания, которая не боится вложить в Россию $260 млн «В железном занавесе никто не заинтересован»: западная компания, которая не боится вложить в Россию $260 млн

Интервью Forbes с гендиректором британского оператора дата-центров IXcellerate

Forbes
Открыть в приложении