Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT), cвязав
восемь радиотелескопов на четырех континентах в один огромный
радиоинтерферометр, получила самое четкое в истории изображение
сверхмассивной черной дыры. Этот объект находится в центре
галактики М87 в созвездии Дева. Разрешение картинки оказалось
достаточным для того, чтобы увидеть собственно тень
черной дыры в центре этого объекта. Заявление коллаборации
сопровождает публикация в журнале The Astrophysical Journal Letters
сразу шести научных статей о наблюдениях.
Сердце Галактики
В 1931 году радиоинженер Карл Янский (Karl Guthe Jansky) провел
несколько месяцев, направляя в различные стороны радиоантенну,
работавшую на частоте 20,5 МГц. Его задачей
было наконец выяснить, из-за чего клиенты его
работодателя, компании Bell Laboratories, во время
трансатлантических звонков слышат в своих трубках помехи. Янский
довольно быстро выяснил, что может определить по громкости помех
грозы. Но помимо них в его наушниках слышалось еще какое-то
шипение, эпицентр которого постепенно сдвигался и делал полный
оборот с периодом 24 часа.
Описание
Радиоинженер Карл Янский изучает радиоволны, ХХ век
4 мая 1933 года Янский, выступая на конференции Международного
общества радионаук (International Union of Radio Science, URSI),
представил коллегам свои соображения о том, что это был за шум и
где находится его эпицентр
Он заключал, что в трансатлантические телефонные беседы помимо
всего прочего вмешиваются "голоса" звезд, которые,
по-видимому, они излучают в радиодиапазоне. А самый громкий из этих
источников находится в центре нашей Галактики. На следующий день
его фамилия была на первой полосе New York Times,
а ведущий одной из американских радиостанций целый день ставил в
эфир запись шипения, сделанную Янским. После этого
он сообщал своей аудитории, что те, мол,
прослушали созвездие Стрельца.
Сегодня мы знаем, что в центре Млечного Пути — в 26
тыс. световых лет (или 8 тыс. парсек) от Земли —
находится очень-очень массивный объект по имени Стрелец А* (также
Sagittarius A*, или Sgr A*, а произносится так: "стрелец а со
звездочкой"). Его масса больше массы Солнца примерно в 4 млн раз, а
диаметр чуть меньше, чем расстояние между нашей звездой и Плутоном.
Космическая станция "Новые горизонты", двигаясь с гелиоцентрической
скоростью 45 км/c, летела от Земли до Плутона девять лет, но из
Стрельца А* она, конечно, никуда бы не улетела, ведь Sgr A* — это
сверхмассивная черная дыра. Огромная, но тем не менее невероятно
компактная для своей массы прожорливая бездна, не отдающая в
окружающую среду ничего, даже света.
Имя монстра
Впервые теоретическую возможность существования черной дыры
описал в 1915 году физик Карл Шварцшильд, получив точное решение
для уравнений Эйнштейна. Хотя чисто концептуально "черную
звезду" — достаточно массивный объект, чтобы вторая
космическая скорость на его поверхности была равна скорости света,
— описал еще британский естествоиспытатель Джон Митчелл. О том, что
такие объекты должны быть невидимыми и их, возможно, великое
множество во Вселенной, он сообщил в письме Королевскому обществу,
но особенного шума его идея тогда не наделала.
Описание
Стрелец А*, снятый телескопом Chandra. В углу — "эхо" того же
объекта
Долгое время подобные объекты назывались в астрономии
коллапсарами, поскольку возникают, как правило, в результате
коллапса массивных звезд. Само имя "черная дыра" стало
популярным уже во второй половине ХХ века, и не все астрофизики ему
симпатизировали, поскольку оно опиралось на интерпретацию теории, а
не фактические данные наблюдений (такие ученые предпочитали термин
"центральная машина").
Но действительно ли это имя корректно, до сегодняшнего дня нам
было неизвестно, — астрономы не получали достаточно хороших снимков
подобных объектов, чтобы различить детали в их облике. Стрелец А*,
диаметр которого, по последним оценкам, составляет около 60 млн км,
на расстоянии 26 тыс. световых лет выглядит как монета на
поверхности Луны или Земля с Проксимы Центавра.
А черная дыра в центре галактики М87, фотографию которой сегодня
представила миру коллаборация EHT, — дальше (55 млн световых лет),
чем Стрелец А*, но массивнее (6,5 млрд солнечных масс),
поэтому для наблюдателя с Земли она кажется объектом примерно того
же размера. Ее в отличие от Стрельца А* не закрывает
облако межзвездного газа, и потому изображение рассеивается не так
сильно.
Что мы увидели. И как это получилось
Снимок получили в результате интерферометрических наблюдений со
сверхдлинной базой: грубо говоря, синхронных наблюдений одного
объекта с радиотелескопов, находящихся на разных континентах. Сам
EHT в этом смысле еще более "невидимый проект", чем Большой
адронный коллайдер или LIGO: у радиоастрономов нет какого-то своего
инструмента, их телескоп — это сеть уже существующих
радиотелескопов, которые вместе собираются в инструмент с зеркалом
диаметром в пол-Земли.
Описание
Радиотелескоп "Спектр-Р" (часть проекта "Радиоастрон")
Наблюдения проводились в течение нескольких недель весной 2017 и
2018 годов. Все остальное время заняла пересылка данных в центры
обработки и восстановление изображения. Каждую секунду наблюдений
каждый из телескопов набирал гигабайты данных, суммарный объем
исчисляется петабайтами — поэтому передавались они не по Сети, а
пересылались на физических носителях: участники коллаборации без
особенной иронии в голосе признаются, что для их нужд FedEx все еще
быстрее интернета. Только год ученые ждали прибытия в центр
обработки данных Южного полюса. В разговоре с корреспондентом
"Чердака" после пресс-конференции сегодня менеджер проекта
ЕНТ Рено Тиланус сказал, что каждый телескоп в cети
нарабатывает около 1–2 петабайтов данных за неделю наблюдений — из
них сначала вычищают шумы, а потом "сводят", занимаются
корреляцией: на это уходит в разы больше времени, до двух месяцев.
В следующем году к наблюдениям подключатся еще три телескопа,
и суммарный объем данных за несколько дней наблюдений достигнет 15
петабайт.
This is M87* and this the first image of a
black hole! Mass is 6.5 Billion suns within size of a solar system.
Precious because real. Waited 25 years for this. Dark shadow is
where light disappears in #eventhorizon. We see something never
seen before. #blackhole#JustWow#EHTpic.twitter.com/3nCosTzyER
Изображение, представленное сегодня, сделано по наблюдениям лишь
четырех дней в 2017 году. Собеседники корреспондента
"Чердака" на пресс-конференции ФИАНа, которые сотрудничают с
EHT, рассказали, что и это можно считать огромной удачей. Это
значит, что именно столько в окне для наблюдений в восьми точках на
планете, включая Южный полюс, была хорошая погода,
которая позволила ученым получить чистый снимок. В 2018 году EHT
повезло намного меньше — погода в отведенное им время так и не
наладилась.
Менеджер проекта ЕНТ Рено Тиланус в беседе с автором подтвердил,
что четырех дней наблюдения за М87* недостаточно для видео, хотя
какую-то динамику они наблюдали. Для того чтобы
получить видео, наблюдения такой черной дыры должны
продолжаться как минимум две недели. В следующем году
коллаборация надеется провести наблюдения Стрельца А*, если с
погодой им повезет.
Еще один инструмент подобной "зоркости" (с достаточным
угловым разрешением) у радиоастрономов только один — это российский
"Радиоастрон", его зеркало в 30 раз больше, поскольку один из
телескопов находится в космосе и в апогее удаляется на дистанцию
орбиты Луны. Но он работает на длине волны 1,3 см, что в десять раз
длиннее, чем у EHT. Поэтому, несмотря на намного более высокое
угловое разрешение, ему сложнее "прищуриться" в направлении
Стрельца А*, который закрыт для наблюдения в оптическом диапазоне
облаком межзвездного газа где-то на полпути между Землей и центром
нашей Галактики.
Теперь мы можем точно сказать, что тени черных дыр можно
наблюдать. Что в центре М87 находится не кротовая нора.
А также то, что ничего противоречащего общей теории
относительности ученым установить не удалось. Как отметила в ходе
пресс-конференции одна из участниц коллаборации, Моника Мосиброски
из Неймегенского университета (снимок черной дыры был получен
с использованием ее модели), дыра вращается по часовой стрелке.
Плазменный диск вокруг нее практически круглый, это значит,
что он почти перпендикулярен плоскости, в которой смотрят на М87*
наблюдатели с Земли.
Комментарии