Астрономи показали перше в історії фото чорної діри

Перший знімок чорної діри
Перший знімок чорної діри в історії астрономічних спостережень. EHT Collaboration

Сьогодні консорціумом Телескопу горизонту подій (ТГП) було опубліковано перший знімок чорної діри та відкрито нову еру в астрофізиці.

10 квітня була опублікована серія з шести наукових досліджень в особливому виданні журналу The Astrophysical Journal Letters. Віртуальний телескоп, який знаходився в процесі розбудови протягом останніх двох десятиліть, нарешті дав перші результати та показав надмасивну чорну діру в центрі галактики Мессьє 87.

Ця чорна діра розташована на відстані 55 мільйонів світлових років від Землі та має масу, яка в 6,5 мільярда разів перевищує масу нашого Сонця.

Мессьє 87
Мессьє 87 – велетенська еліптична галактика масою кілька мільярдів сонячних мас[3]. Найбільша галактика в скупченні Діви й одна з найбільших відомих галактик. Є потужним джерелом радіо- й гамма-випромінювання. Джерело: ESO
ТГП – це фактично масив радіотелескопів, розташованих в різних країнах, на різних континентах по всьому світу, зокрема в Антарктиді. Використовуючи техніку, яка називається радіоінтерферометрія з наддовгою базою, команда ТГП перетворює всі обсерваторії, що беруть участь у проекті, в один величезний телескоп, який охоплює всю планету. Обсерваторії, що беруть участь в проекті, обладнали атомними годинниками для точного вимірювання часу та об’ємними системами зберігання даних.

“Ми отримали перший знімок чорної діри,”

розповів директор проекту ТГП Шеперд С. Доельман з Центру астрофізики | Гарвардського університету та Смітсонівський –

“Це надзвичайний науковий прорив, досягнутий командою з понад 200 дослідників”.

Довгоочікуване фото “темної зорі”

Астрономи так довго досліджують чорні діри, що здавалося ми звикли до них. Але досі ніхто не бачив жодного знімка чорної діри. Все змінилося саме сьогодні.

Чорні діри є унікальними об’єктами нашого Всесвіту, однак їх також надзвичайно важко побачити. Їхня гравітація викривляє тканину простору-часу та захоплює навіть частинки світла. Щойно світло долає кордон “темної зорі”, воно потрапляє в горизонт подій та вже ніколи не залишить його. Від горизонту подій – точки неповернення, звідки ніщо, навіть світло, не здатне вислизнути назад  – і отримав назву проект.

Однак чорні діри також значно відрізняються одна від одної. У центрах багатьох галактик знаходяться надмасивні чорні діри, охоплені вражаючими акреційними дисками розігрітої матерії, яку вони жадібно поглинають. На опублікованому ТГП зображенні можна побачити тінь чорної діри M87, яка падає на її акреційний диск.

Знімок чорної діри М87
Знімок чорної діри М87, отриманий Телескопом горизонту подій (ТГП). На фото видно тінь чорної діри на акреційному диску, а також яскравий серпанок з розпеченої матерії. Таке викривлення світла узгоджується з загальною теорією відносності Айнштайна. Джерело: EHT Collaboration

Розмите асиметричне коло розкриває перші деталі одного з найзагадковіших об’єктів нашого Всесвіту.

“Якщо занурити чорну діру у яскраву область, на кшталт диску з газом, що світиться, ми очікуємо, що чорна діра утворить темну область, подібну до тіні – дещо, що було передбачено загальною відносністю Айнштайна, і що ми ніколи раніше не бачили,”

– пояснює голова наукової ради ТГП Гейно Фальке з Університету Радбад, Нідерланди.

“Ця тінь, викликана гравітаційним викривленням та захопленням світла горизонтом подій, відкриває багато про природу цих захопливих об’єктів та дозволила нам виміряти величезну масу чорної діри М87”.

Чому так важко побачити чорну діру?

Ми маємо справу з гравітаційними монстрами. Маса М87 у понад 6 мільярдів разів перевищує масу нашого власного світила. За законами фізики це означає, що М87 має неймовірні “гравітаційні” лещата, які не випускають навіть найшвидші частинки випромінювання – фотони.

“Горизонт подій – це кінцева стіна в’язниці,”

каже Аві Лоеб, засновник та директор Ініціативи з дослідження чорних дір (BHI), яка не брала участь у публікації ТГП.

“Щойно ви опиняєтесь всередині, вам ніколи не вдасться вибратись.”

Траєкторії фотонів навколо чорної діри
Художнє зображення траєкторій фотонів у безпосередній близькості до чорної діри. Гравітаційне викривлення простору та захоплення світла і стало причиною появи тіні на акреційному диску M87. Джерело: Nicolle R. Fuller/NSF

Гравітаційні ефекти не дозволяють нам побачити внутрішню структуру чорної діри. Звісно, якщо не спробувати надіслати всередину якийсь корабель. Однак шанси його “виживання” в таких умовах будуть мінімальними. Та й як сигнал з даними зможе потрапити назад за горизонт подій?

Через ці космічні обмеження з загальної теорії відносності Айнштайна ми маємо задовольнитись знімками тіні на акреційному диску чорної діри, який надав нам Телескоп горизонту подій.

Проект ТГП полював за двома чорними дірами: велетнем M87 у Мессє 87 та нашою власною ґарґантюа у центрі Чумацького шляху, відомою як Стрілець А* (Sagittarius A*). Хоча чорна діра в центрі нашої Галактики також є надмасивною, вона значно поступається масою своєму партнеру – її маса складає близько 4,3 мільйона мас Сонця.

The Astrophysical Journal Letters (2019), doi: 10.3847/2041-8213/ab0cc7; doi: 10.3847/2041-8213/ab0c96; doi: 10.3847/2041-8213/ab0c57; doi: 10.3847/2041-8213/ab0e85; doi: 10.3847/2041-8213/ab0f43; doi: 10.3847/2041-8213/ab1141.

Total
116
Shares
116 Shares:
Перегляньте також
Астрофізика та твори Ван Гог
Далі

Унікальний інфрачервоний знімок центру нашої галактики нагадує картину Вінсента ван Гога

Астрономам вперше вдалось створити детальну карту магнітних полів, які оточують надмасивну чорну діру у центрі нашої галактики.