Цивилизация
Телескопу горизонта событий Event Horizon Telescope удалось получить в микроволновом диапазоне снимок центрального объекта Млечного Пути — сверхмассивной черной дыры, находящейся на расстоянии 26 тыс. световых лет от Земли в направлении созвездия Стрельца, — объекта Стрелец A*. Это исследование было представлено в шести статьях, опубликованных в The Astrophysical Journal Letters.
О новых результатах, полученных мощнейшим инструментом, на специальной пресс-конференции в мюнхенской штаб-квартире ESO объявили астрономы Европейской южной обсерватории (ESO) и проекта EHT. ESO — международная организация, объединяющая больше десяти государств и управляющая мощными телескопами, наблюдающими за небом в южном полушарии, в основном с территории Чили. Проект Event Horizon Telescope — это объединенная глобальная сеть радиотелескопов, позволяющая, в частности, в беспрецедентном разрешении наблюдать окрестности сверхмассивных черных дыр.
В 2019 году в рамках этого проекта было получено изображение сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре одной из соседних галактик, M87*.
Оно выглядело как размытый черный круг, окутанный огненно-оранжевым кольцом, которое сравнивали с Оком Саурона из франшизы «Властелин колец». Наблюдаемая круглая тень черной дыры служила дополнительным подтверждением Общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, которая предсказывает именно круглую тень.
«Для первых наблюдений важно было выбрать объект достаточно яркий и близкий, чтобы можно было гарантированно увидеть заветную «тень». Как нельзя лучше в качестве первого объекта наблюдений подошла сверхмассивная черная дыра галактики M87 в созвездии Девы. Эта одна из самых ярких и относительно близких (53,5 млн световых лет) сверхмассивных черных дыр, находящихся по соседству с нашей галактикой», – пояснил заместитель руководителя Астрокосмического центра ФИАН Алексей Рудницкий.
Теперь коллаборация EHT выпустила первый в истории снимок Sgr A*, полученный путем усреднения тысячи изображений, созданных с использованием различных вычислительных методов, — и все они точно соответствуют данным EHT. Это обобщенный снимок сохраняет особенности, которые чаще всего наблюдаются на разных изображениях, и подавляет те особенности, которые проявляются нечасто. Это наиболее тщательно выверенное интерферометрическое фото, когда-либо полученное исследователями, наряду с предыдущим изображением M87*.
Меньшая масса черный дыры Млечного Пути и, следовательно, меньший динамический масштаб Sgr A* значительно усложнили визуализацию и анализ данных EHT.
В процессе анализа данных использовалось моделирование черной дыры, проводимое суперкомпьютерами в разных частях мира. Сравнение полученного снимка с моделями показывает, что Sgr A* действительно вращается, причем земные наблюдатели смотрят на этот объект сбоку, а не сверху. Диаметр горизонта событий этой черной дыры — то есть границы, в пределах которой вторая космическая скорость превышает скорость света, — составляет 25,4 млн км. Масса этой черной дыры примерно в 4,3 млн раз превышает массу Солнца, что по меркам такого рода объектов совсем немного — черные дыры в центрах других галактик часто достигают массы миллиардов солнц.
«Нельзя сказать, что открыли что-то неожиданное и экстраординарное, но это важный результат с технической точки зрения. Получить изображение этой черной дыры было фантастически сложно, связано это было с необходимостью создавать новые алгоритмы обработки данных, и за несколько лет люди справились с этим. Это потрясающая работа, наверное, она будет востребована в радиоинтерферометрии, эти алгоритмы будут использоваться в куче других наблюдений. Мы получили красивую иллюстрацию того, что все работает, и все здорово, — рассказал «Газете.Ru» ведущий научный сотрудник ГАИШ МГУ астрофизик Сергей Попов.
— Работает общая теория относительности, работают алгоритмы, работают телескопы, плюс астрономы говорят, что будут картинки еще лучше, думаю, в течение года. Это первые шаги к тому, чтобы получать изображения существенно более высокого качества, которые можно будет использовать для проверок ОТО и разных интересных вещей».
Особенно интересно в этой связи то, что EHT удалось различить некоторые структурные особенности объекта Стрелец A*. Изображение Sgr A* демонстрирует ту же кольцеобразную структуру и тень, что и черная дыра M87*. Наблюдаемое кольцо — это результат гравитационного линзирования с диаметром, точно предсказанным общей теорией относительности с использованием только массы и расстояния до черной дыры. И так уж совпало, что наблюдаемый угловой диаметр Sgr A* лишь незначительно отличается от M87*, которая в 1500 раз массивнее и в 2000 раз дальше.
«Мы видим, что у черной дыры в центре нашей галактики есть фотонное кольцо, и это второе в истории изображение такого кольца. Это не фотография диска, черная область внутри — это не изображение самой черной дыры, она составляет порядка полутора ее размеров. Астрономы дополнительно уточнили оценку массы черной дыры, сделанную ранее по движениям звезд вокруг нее. Теперь измерена масса не внутри одной тысячной парсека, а внутри полутора шварцшильдовских радиусов», — утверждает Попов.
Сами эти данные первоначально были получены глобальным набором телескопов миллиметрового диапазона в апреле 2017 года и проанализированы международной исследовательской группой, которая насчитывает свыше 300 человек. После этого этапа EHT продолжил свою работу и постепенно расширил свои возможности за счет добавления новых станций, увеличения полосы пропускания и внедрения более высоких частот. Существующие и новые наблюдения с помощью EHT Sgr A* и M87* в сочетании с инновациями в анализе и теоретическом моделировании будут способствовать новым открытиям в области физики черных дыр.