Астрономы показали первое в истории изображение черной дыры

Фото: Event Horizon Telescope

Участники проекта Event Horizon Telescope (EHT, Телескоп горизонта событий), крупной сети радиотелескопов, впервые показали реальное изображение тени черной дыры — в галактике Messier 87 (M87) в созвездии Девы.

По всему миру прошло одновременно шесть больших пресс-конференций, где астрофизики сообщили о результатах работы международного проекта.

Член научного комитета EHT Лучано Реццола из университета Гёте в Германии отметил, что полученное изображение подтверждает существование горизонта событий, то есть доказывает правильность общей теории относительности Альберта Эйнштейна.

«Когда черная дыра погружена в яркий диск светящегося газа, там должна образоваться темная область, напоминающая тень. Это явление, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна, никогда раньше не наблюдалось», — объясняет глава Научного совета EHT Хейно Фальке из университета Рэдбуд в Нидерландах. «Эта «тень», образующаяся вследствие гравитационного искривления света и его захвата горизонтом событий, многое говорит о природе этих удивительных объектов. Именно она и позволила нам измерить гигантскую массу черной дыры в M87.»

Тень черной дыры — это наибольшее возможное приближение к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, который не выпускает из себя свет.

Ученые объединили мощности восьми длинноволновых радиотелескопов в разных точках планеты в один большой радиотелескоп-интерферометр, поскольку сеть радиотелескопов лучше всего подходит для подобных наблюдений. Радиотелескопы находятся в США, Мексике, Испании, Франции, Чили, Гавайских островах, Южном полюсе. Телескоп горизонта событий получил свое название в честь границы черной дыры — «горизонта событий», границы пространства-времени, которое окружает черную дыру и является так называемой точкой невозврата.

Куда смотрел телескоп

Чтобы исследовать окрестности сверхмассивных черных дыр (они являются сравнительно маленькими астрономическими объектами) в центрах каждой галактики, ученые направили сеть радиотелескопов на два объекта — Стрелец А*, компактный и яркий источник радиоизлучения, находящийся в центре нашей галактики Млечный Путь на расстоянии около 26 тыс. световых лет от Земли, и на еще одну черную дыру — в центре эллиптической галактики Messier 87 (M87) в созвездии Девы, она находится на расстоянии 55 млн световых лет от Земли. Черная дыра в галактике М87 примерно в 6,5 млрд раз тяжелее Солнца и в тысячу раз тяжелее Стрельца А*.

По словам Хайно Фальке, ученые решили сосредоточиться на галактике M87, поскольку черная дыра в центре нашей Галактики двигается, а поле зрения телескопа ограниченно. «Наблюдения соответствуют нашим предсказаниям, ничего неожиданного», — отметил он.

Как отмечает сайт Европейской южной обсерватории, благодаря своей огромной массе и относительной близости к Земле черная дыра в центре галактики M87, как это и предсказывалось, является для земного наблюдателя одной из крупнейших по своим угловым размерам, что и сделало ее идеальной мишенью для EHT.

Непрерывные наблюдения продолжались в течение 10 суток в апреле 2017 года. Каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации. На расшифровку и анализ полученных данных у ученых ушло два года. При изучении результатов наблюдений ученые прибегли к помощи суперкомпьютеров в обсерватории Хайстак (Массачусетский технологический институт, США) и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия). Между тем в состав EHT в 2018 году добавился еще один телескоп GLT, миллиметровый телескоп в Гренландии, который серьезно увеличит базу интерферометра.

Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал образ Гаргантюа в фильме «Интерстеллар». За создание визуального образа черной дыры и его научную достоверность отвечал американский астрофизик Кип Торн, получивший Нобелевскую премию за открытие гравитационных волн. В киноленте изображение изобилует деталями и оптическими эффектами.

Считается, что черная дыра представляет собой объект с такой сильной гравитацией, что даже свет не может отдалиться от него на бесконечное расстояние и из черной дыры не может выбраться никакое тело. Концепция таких объектов связана с современным взглядом на гравитацию, общей теорией относительности Эйнштейна, и представлением тяготения в ней через искривление пространства-времени.

Что хотели узнать астрофизики

Предполагалось, что совместная работа телескопов поможет разглядеть тень черной дыры. Измерения позволят протестировать общую теорию относительности и получить очередное доказательство существования черных дыр. Черные дыры остаются гипотетическими объектами, но у астрономов не осталось сомнений в том, что они существуют. Уже получено большое количество косвенных свидетельств их существования, начиная от наблюдений тесных двойных систем и до гравитационных волн. Первое научно обоснованное изображение черной дыры получил французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в 1979 году.

Однако непосредственных наблюдений черных дыр до сих пор не существовало — черные дыры невелики, но при этом сильно удалены.

Ученые также хотели выяснить, почему одни черные дыры являются центрами колоссальных источников излучения — квазаров, в то время как другие, в том числе Стрелец A*, ведут себя спокойно. Кроме этого, детальные наблюдения помогут проверить экзотические гипотезы, например гипотезу о кротовых норах.