Черная дыра, окруженная бушующим кольцом огня, — впервые этот объект был отображен учеными в образе, который описывают как «врата ада, в конце всех времен и пространств».
Этот феномен, который прежде никто не видел, представляет собой разогретое до супер-перегрева вещество, которое затягивается невероятной силой за горизонт того, что физики называют горизонтом событий, — в область, из которой никому и ничему нет возврата.
Этот образ удалось отобразить команде из 200 ученых. Они использовали 8 телескопов, и полученный ими результат стал первым визуальным доказательством теории относительности Эйнштейна. Напомним, что в соответствии с этой теорией, получившей название Общей теории относительности, в тех случаях, когда происходит катастрофически быстрое сжатие огромных масс материи, происходит деформирование пространства-времени и возникает гравитационное поле, которое даже свет всасывает в себя.
"Мы даем человечеству возможность впервые увидеть черную дыру, своеобразную дверь на выход из нашей вселенной«,- говорит доктор Шеп Доулмен (Shep Doeleman), директор научного центра, управлявшего Телескопом горизонта событий, — центра, «охотившегося» за черной дырой более десятилетия.
"Это открытие всей моей жизни, и, я думаю, есть много других ученых, которые будут рассматривать это как главное научное событие той эпохи, на которую пришлась их жизнь«,- говорит доктор Шеп Доулмен.
До сих пор черные дыры наблюдались учеными только опосредованно, через то влияние, которое эти черные дыры оказывали на ближние к ним галактики или отдельные звезды. Предполагалось, что наблюдать за черными дырами непосредственно невозможно — и что эта невозможность прямого исследования сохранится навсегда.
Но ученые, включая астрофизиков из Лондонского Университетского Колледжа (UCL) попробовали понаблюдать за супер-нагретыми кусками космических тел и пыли в тот момент, когда они засасывались в черную дыру.
Полученный снимок, уже объявленный «огромным прорывом для всего человечества», показывает полыхающую массу плазмы с явно видимой кругообразной выемкой в центре, где и происходит искажение пространства-времени.
Профессор Хейно Фальке (Heino Falcke), представитель Радбудского университета в Нидерландах, представивший это открытие миру на пресс-конференции в Брюсселе, сказал: «Это выглядит похоже на кольцо из огня, которое само по себе создано искажением пространства-времени. Оно выглядит как врата ада на конце всех времен и пространств».
Докот Зири Юнси (Ziri Younsi), исследователь из Муллардовской лаборатории космической науки, тоже работавший над проектом Телескопа горизонта событий, говорит так:
«Мы смогли достичь результата, который многие считали невозможным. Мы представляем вам образ тени черной дыры — и эта тень дает нам самое твердое на настоящий момент свидетельство, что эти таинственные феномены (черные дыры — прим. ред.) и вправду существуют».
«Раньше вы никогда не могли увидеть черную дыру. Но именно потому, что черная дыра так мощно втягивает в себя материю, — именно благодаря этому оказывается возможным увидеть момент, когда материя начинает буквально уноситься в направлении этой черной дыры — ближе и ближе к страшной воронке», — продолжает ученый и добавляет:
«Я был восхищен тем, что смог увидеть этот образ. Я почувствовал прилив восторга. Ведь это то, чего мы добивались 10 лет, — и при этом полученный образ оказывается удивительно неудивительным,- каламбурит Зири Юнси. — Эйнштейновская общая теория относительности предполагала, что мы получим именно такой образ. В то же время я сразу же подумал в следующем направлении: „Ну хорошо, а что это все значит для будущего, как этот снимок поможет нам расширить наше понятие о вселенной?" Нам теперь надо будет взяться за гранулы того вещества, за самую его суть».
Далее ученый объясняет суть изучаемого феномена:
«Черные дыры — такие загадочные объекты! Они представляют собой ту точку Вселенной, где кончается время. Если бы вы уронили, скажем, факел внутрь черной дыры — вы бы очень долго видели исходящий из нее свет, который бы становился все более тусклым, но ему потребовалось бы бесконечное время, чтобы угаснуть, дойдя, наконец, до горизонта событий.
Теперь ученые предполагают, что огромные черные дыры бродят где-то в сердцевианх большинства галактик. Новый снимок запечатлел для нас супермассивную черную дыру в центре очень дальней галактики — Мессир 87, находящейся на расстоянии в 55 миллионах световых лет от нас. Эта черная дыра неплохо чувствует себя в галактическом кластере (скоплении галактик) Девы. Вполне компактная галактика, диаметром в 25 миллиардов миль (40 миллиардов километров). Для понимания: это в три миллиона раз больше диаметра Земли. А масса у этой галактики в 6,5 миллиарда раз больше массы Солнца.
Хотя супертяжелые черные дыры являются относительно миниатюрными объектами на фоне астрономических глубин ожидается, что данная черная дыра будет одной из крупнейших видных с Земли. А это делает дыру из Мессира 87 подарочным объектом для наблюдения в рамках проекта, осуществляемого Телескопом горизонта событий. Телескоп горизонта событий (EHT) — это международный проект, который специально был рассчитан на создание объемного образа черной дыры путем синхронной съемки с восьми расположенных на поверхности нашей планеты телескопов. Вместе они создали как бы виртуальный телескоп размером в Землю, обладающий беспрецедентной чувствительностью и четкостью.
Все эти восемь телескопов, расположенных на вулканах в Мексике и на Гавайях, в горах испанской Сьерра-Невады и чилийской пустыни Атакама, с прибавлением еще одного телескопа в Антарктике работали как огромный глаз, устремленный к звездам.
Черная дыра в Мессире 87 (сокращенно М87) где-то в 2.5 раза меньше, чем тень, которую она отбрасывает. Но выглядит она длиннее. Это из-за ее влияния на пространство-время и свет. На самом деле темный круг, который мы видим, — это тень материи, засасываемой в черную дыру.
Карлос Мануэль Феликс Мудас (Carlos Manuel Félix Moedas), еврокомиссар по инновациям и науке, описал этот снимок как «огромный прорыв для человечества».
"Вся история науки разделится на период до этого снимка и период после него",- сказал он.
"Стивен Хокинг как-то сказал, что факты бывают более странными, чем любая фантазия, и ни в одной теме этот принцип так четко не работает, как в теме черных дыр. Черные дыры страннее чего-либо, хоть когда-то придуманного в науке",- добавляет еврочиновник.
Эти наблюдения были выполнены в 2017 году при помощи синхронизации телескопов. Используя свойство Земли вращаться, синхронизированные телескопы формируют как бы один телескоп величиной со всю нашу планету. Информация в огромных объемах (350 терабайтов в день) переносиалсь на суперкомпьютеры в ФРГ и США, где эту информацию перерабатывали в визуальные образы. Прорыв стал достоянием гласности сегодня, а само научное исследование будет опубликовано в специальном выпуске Записок астрофизического журнала (Astrophysical Journal Letters).
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Science, США
Science (Великобритания): вот так, по мнению ученых, выглядит черная дыра
На 10 апреля назначено сразу несколько научных пресс-конференций, — возможно, астрономы впервые получили изображение черной дыры, объекта с гравитационным полем такой силы, что его пределы не может покинуть даже свет. Хотя их существование в настоящее время признано почти повсеместно, но из-за влияния их гравитации на близлежащие объекты никто на самом деле их не видел.
Сами черные дыры — совершенно темные и лишены видимых очертаний. Гигантские черные дыры в центрах галактик еще и невероятно малы несмотря на то, что в них заключено вещество массой в миллионы, или даже миллиарды раз больше массы нашего Солнца. Еще более труднодоступными для наблюдения эти гиганты становятся из-за окутывающих их облаков пыли и газа. Но потоки сверхгорячего газа кружатся вокруг дыр, излучая радиоволны длиной волны около миллиметра, которые могут проникать в эти облака.
Два года назад международная команда ученых, известная как «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, или EHT), скоординировала работу восьми различных радиотелескопов по всему миру, чтобы попытаться увидеть сверхмассивную черную дыру в центре нашей галактики, известную как Стрелец А*, и еще одну в центре близлежащей галактики M87*. Они использовали технику, известную как интерферометрия, чтобы объединить данные с разбросанных по всему миру инструментов и получить такое изображение, как будто это единая антенна телескопа шириной со всю Землю. Тарелка такого размера необходима для того, чтобы увидеть детали объекта, который легко может поместиться на орбите Меркурия и находится на расстоянии 26 тысяч световых лет.
За пять ночей наблюдений они собрали 4 петабайта данных. Если представить, что в таком объеме хранилась бы музыка, записанная в формате MP3, ее воспроизведение заняло бы 8 тысяч лет. Последние два года команда занималась сопоставлением, калибровкой и интерпретацией данных, и теперь они готовятся показать нам результаты.
Если EHT получили изображение, на нем может быть запечатлена тень горизонта событий черной дыры, точка невозврата любого объекта, попадающего внутрь черной дыры, на фоне яркого вихря газа на орбите вокруг нее. Размер этой тени и форма вихря газа, отраженные гравитацией дыры, помогут подтвердить многие теории об этих загадочных объектах.
На этой неделе мы с нетерпением ждем, когда же нам покажут результаты, а пока журнал «Сайенс» побеседовал с человеком, который большую часть своей научной карьеры пытался выяснить, как могут выглядеть черные дыры. В феврале, в ожидании результатов EHT, Жан-Пьер Люминэ (Jean-Pierre Luminet) из Парижской обсерватории в Мёдоне, Франция, выпустил иллюстрированную историю изображений черной дыры, в которой зафиксированы десятилетия развития визуальных образов от рисунков пером и тушью до симуляции суперкомпьютеров и голливудских фильмов. Интервью было отредактировано для ясности и краткости.
Журнал Science: Что подтолкнуло вас в далеком 1978 году начать разрабатывать визуальный образ черной дыры?
Жан-Пьер Люминэ: Мне показалось заманчивым попробовать представить образ некого объекта, который по определению невидим, к тому же я всегда интересовался оптическими иллюзиями и искажениями пространства-времени, и, кроме того, раньше никому не приходило в голову рассчитать, как могло бы выглядеть реалистичное изображение черной дыры!
Вас поразили необычные формы, которые вы увидели?
Вовсе нет, потому что перед написанием компьютерной программы с уравнениями я всегда стараюсь получить предварительное представление о геометрических аспектах. В данном случае простые геометрические рассуждения показали, что из-за гравитационного линзирования ни одна часть диска не может быть скрыта от глаз, даже его задняя сторона! А простые соображения относительно релятивистского вращения диска предполагали, что сильный доплеровский сдвиг вызовет большую асимметрию видимого потока.
Первое изображение, которое вы создали с помощью пера и чернил, было впечатляющим. Как отреагировали на него астрономы и публика?
Поскольку сам я тогда был очень молод, мой научный руководитель, у которого я тогда писал диссертацию, Брэндон Картер (Brandon Carter), помог моей работе получить известность, показав ее фотографию на собрании Королевского общества в Лондоне. После этого мне приходили запросы от изданий по всему миру, мое изображение напечатали в научно-популярных журналах, таких как «Сайентифик америкен» (Scientific American), «Скай энд телескоуп» (Sky & Telescope) и других, а также в монографиях других астрономов.
Вскоре астрономы поняли, что сверхмассивные черные дыры есть в центре некоторых, если не всех, галактик. Какие трудности возникли в связи с этим?
Сложность визуализации пространства вокруг массивных черных дыр в центрах галактик заключается в том, что неизвестно, какая перед нами аккреционная структура — тонкий диск (как в большинстве симуляций), толстый (как, например, трехмерный тор), или облако газа, или там есть релятивистские струи — и так далее. Например, в очень активных ядрах галактик и квазарах аккреционный поток имеет большое значение, и диск, вероятно, толстый. К счастью, Стрелец A* и M87* не являются активными галактиками, поэтому диск здесь, вероятно, тонкий. Это также зависит (но в меньшей степени) от того, вращается ли черная дыра или нет.
В 1990-е годы вы вместе с Жан-Аленом Марком (Jean-Alain Marck) стали работать над компьютерной анимацией движения вокруг черной дыры. Помогло ли это лучше понять, как выглядят черные дыры, или делалось скорее для привлечения общественности?
По сути, это делалось для того, чтобы предоставить публике более привлекательные (цветные, анимированные) изображения. Любопытно, что научное сообщество относилось к этим симуляциям как к забаве и не осознавало их будущего значения.
Что вы думаете о том, как изображена черная дыра в фильме «Интерстеллар» (Interstellar)?
Я много писал об этом в своем блоге. Если коротко, с точки зрения геометрии изображение верно, но неверно с точки зрения физики, — создатели фильма пренебрегли физическими свойствами аккреционного диска и воздействием допплеровского сдвига.
Придал ли проект EHT новый толчок попыткам визуализации черных дыр, и пытаются ли люди узнать, что именно они увидят?
Конечно. Я прекратил отслеживать историю создания изображений черных дыр в 2002 году именно по той причине, что, как только появилась возможность увидеть черную дыру с помощью EHT, возникло такое множество симуляций, что я просто не мог их все охватить. К сожалению, большинство авторов этих симуляций не ссылаются на наши первичные изображения.
Как вы думаете, что покажет нам команда EHT на этой неделе?
Зависит от множества факторов: например, от угла зрения наблюдателя по отношению к аккреционному диску. Если смотреть на него практически под прямым углом, асимметрия свечения из-за доплеровского сдвига не будет сильной. Также все зависит от внешней среды Стрельца А* и М87*, толщины диска (если он есть), и так далее. У меня есть все основания подозревать, что удастся получить более отчетливое изображение M87*, чем Стрельца A*. В любом случае, если там есть тонкий аккреционный диск (я уверен, что в случае с M87* так оно и есть), изображение не должно быть далеко от одного из образов, рассчитанных Жаном-Аленом Марком в 1989 году.
Дэниел Клери — старший обозреватель журнала «Сайенс» в Великобритании.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.