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

Кунсткамера Кунсткамера

Миллионы улиток, толпы на переходах и мост длиной с город

Наука и жизнь
Профи против Профи против

Что происходит в сфере пластической хирургии и косметологии

Cosmopolitan
Мир экзопланет: водяные планеты Мир экзопланет: водяные планеты

Планеты-океаны: миры, состоящие из разных форм воды

Наука и техника
Народные примочки Народные примочки

Что думают врачи о популярных в народе методах лечения

Лиза
Криосфера в эпоху перемен Криосфера в эпоху перемен

Нам кажется, что «нормальный климат» уходит в прошлое... Так ли это?

Знание – сила
Елена Борщева, Анджелина Джоли, Дженнифер Лопес и еще 7 звездных ЭКО-мам Елена Борщева, Анджелина Джоли, Дженнифер Лопес и еще 7 звездных ЭКО-мам

Известные артистки, чьи малыши появились на свет благодаря процедуре ЭКО

Cosmopolitan
«Тинькофф» запустил голосового помощника со вспыльчивым характером «Тинькофф» запустил голосового помощника со вспыльчивым характером

«Тинькофф» запустил в эксплуатацию голосового помощника по имени «Олег»

Forbes
Удар по Мадуро. WSJ узнала об отзыве консультантов «Ростеха» из Венесуэлы Удар по Мадуро. WSJ узнала об отзыве консультантов «Ростеха» из Венесуэлы

Россия сократила число своих военных специалистов в Венесуэле

Forbes
Три показателя молодости, о которых важно позаботиться заранее Три показателя молодости, о которых важно позаботиться заранее

Как выглядеть молодой и сильной вне зависимости от возраста

Psychologies
Несостоявшаяся невеста: история проклятого платья Анны Бейкер Несостоявшаяся невеста: история проклятого платья Анны Бейкер

Жутковатая, но романтичная история Анны Бейкер и ее белого платья

Cosmopolitan
ЦБ впервые с марта 2018 года снизил ключевую ставку. Как снизятся ставки по кредитам и вкладам? ЦБ впервые с марта 2018 года снизил ключевую ставку. Как снизятся ставки по кредитам и вкладам?

Банк России решил снизить ставку до 7,5% годовых

Forbes
Как найти новых друзей? 12 лучших идей («Айл би зер фооо ю...») Как найти новых друзей? 12 лучших идей («Айл би зер фооо ю...»)

Друзей много не бывает!

Playboy
Секрет долголетия и процветания за $99: как бывшая жена Сергея Брина заработала $690 млн Секрет долголетия и процветания за $99: как бывшая жена Сергея Брина заработала $690 млн

История основательницы проекта 23andMe Анны Войжитски

Forbes
Как правильно принимать витамины и зачем это нужно Как правильно принимать витамины и зачем это нужно

Какую роль витамины играют в обменных процессах и как не навредить организму

РБК
«Никогда не думал, что побываю на своих похоронах». Суд начал рассматривать ходатайство об аресте Голунова «Никогда не думал, что побываю на своих похоронах». Суд начал рассматривать ходатайство об аресте Голунова

В суд Голунова привезли из 71-й городской клинической больницы

Forbes
Дорогой евроремонт: нужно ли расширять премьер-лигу российского футбола? Дорогой евроремонт: нужно ли расширять премьер-лигу российского футбола?

Уже в сезоне 2020/21 в элитном дивизионе могут сыграть не 16, а 18 команд

Forbes
Свобода дороже: не хочу жить с мужчиной, но хочу любви Свобода дороже: не хочу жить с мужчиной, но хочу любви

Многие находят плюсы в независимости и жизни в одиночестве

Psychologies
Трудный ребенок: 5 приемов воспитания Трудный ребенок: 5 приемов воспитания

Понятные правила для воспитания детей, которые не просто применить в жизни

Psychologies
Для чего нужна антивозрастная медицина Для чего нужна антивозрастная медицина

О достижениях и перспективах развития антивозрастной медицины

СНОБ
Генетическая память Генетическая память

Сын архитектора Дэвида Чипперфилда посвятил себя реновации недвижимости

AD
«Чем хуже у меня что-то получается, тем больше мне это нравится» «Чем хуже у меня что-то получается, тем больше мне это нравится»

Не лишаем ли мы себя удовольствия от процесса?

Psychologies
Одна вокруг света. Как увидеть всю Африку в одном месте Одна вокруг света. Как увидеть всю Африку в одном месте

33-я серия о кругосветном путешествии москвички Ирины Сидоренко и ее собаки

Forbes
Лучшие летние веранды Петербурга. Гид «РБК Стиль» Лучшие летние веранды Петербурга. Гид «РБК Стиль»

По-настоящему классные веранды в городе — не слишком тиражируемый жанр

РБК
Реверанс феминизму: впервые за почти вековую историю Warner Bros возглавила женщина Реверанс феминизму: впервые за почти вековую историю Warner Bros возглавила женщина

Энн Сарнофф возьмет на себя руководство крупнейшей компании Warner Bros

Forbes
Деньги будут, но не сразу: как заработать на долгосрочных трендах Деньги будут, но не сразу: как заработать на долгосрочных трендах

Четыре сектора рынка, которые могут принести высокую доходность

Forbes
Семья Александра Ткачева собрала земли на  $1 млрд Семья Александра Ткачева собрала земли на  $1 млрд

Земельная экспансия агрохолдинга, принадлежащего семье Александра Ткачева

Forbes
Колесо фортуны Колесо фортуны

Ноотропы: стоит ли пробовать допинг для интеллекта

Tatler
Таня Терешина после скандального заявления о 100 тысячах рублей показала дочь Таня Терешина после скандального заявления о 100 тысячах рублей показала дочь

Бывшая солистка группы «Hi-Fi» поделилась с поклонниками фотографиями Арис

Cosmopolitan
Война в Африке Война в Африке

С огромным трудом британцам удалось остановить немецкие войска в Северной Африке

Дилетант
Время собирать кельтские камни Время собирать кельтские камни

Интеллектуальная и загадочная игрушка — кельтский камень

Наука и жизнь
Открыть в приложении