С чего мы вообще решили, что чёрные дыры реально существуют? Ведь, всё это лишь теории, гипотезы, какие-то там математические уравнения и бредовые предположения. Такое скажет какой-нибудь скептик, который далёк от науки. Но и у астрофизиков, конечно же были сомнения, причём, даже в 21 веке. Благо сейчас никаких сомнений в их существовании нет. Эти монстры с гигантской гравитацией и искривлением пространства действительно существуют. С вашего позволения, я постараюсь лапидарно и грамотно расписать основные моменты, которые привели к тому, что мы получили столь прекрасное изображение.
1784-1796. Предположение одного священника и развитие его идеи.
Ещё в 18 веке, в 1784 году английским священником и естествоиспытателем Джоном Мичеллом в письме в Королевское общество была предложена весьма и весьма интересная теория. Она заключалась в том, что может существовать массивное тело, гравитационное притяжение настолько огромно, что для преодоления этого притяжения потребуется скорость света, либо же, скорость, превышающая свет. Он также указал расчёт, из которого следовало, что для тела с радиусом в 500 солнечных радиусов и с плотностью Солнца вторая космическая скорость на его поверхности будет равна скорости света. Естественно, свет не может покинуть данное тело и оно будет невидимым для наблюдателя. Ещё Мичелл предположил, что в космосе может существовать множество таких недоступных наблюдению объектов. Позже, в 1796 году Лаплас добавил рассуждение об этой идее в свой труд "Exposition du Systeme du Monde" (рус: Выставка мировой системы). Но затем в следующих изданиях этот раздел был сильно опущен. Но стоит признать, что благодаря Лапласу его идея получила относительную известность. На то время их название трактовалось как "тёмные звёзды".
1916 год. Радиус Шварцшильда.
Гравитационный радиус Шварцшильда представляет из себя характерный радиус, определённый для любого физического тела, обладающего массой: это радиус сферы, на которой находился бы горизонт событий, создаваемый этой массой (с точки зрения Общей теории относительности), если бы она была распределена сферически симметрично, была бы неподвижной (в частности, не вращалась, но радиальные движения допустимы) и целиком лежала бы внутри этой сферы. По радиусу Шварцшильда главное свойство чёрной дыры – любое вещество, попавшее за её горизонт событий, никогда не сможет вернуться. Это касается и света, причём, даже при его максимальной скорости в вакууме.
1974 год. Интересное пари между двумя гениями астрофизики. Чем же в итоге оказался Лебедь X-1?
В 1964 году был открыт очень занимательный галактический источник рентгеновского излучения в созвездии Лебедя. В итоге, Лебедь X-1 стал первым рентгеновским источником-кандидатом в чёрные дыры. Среди таких он является самым изученным на данный момент. Также известна его масса – примерно 14,8 солнечных. А если же это чёрная дыра, то его радиус должен составлять приблизительно 44 км. В 1974 году между Стивеном Хокингом и Кипом Торном возникло забавное пари, и в нём Хокинг ставил на то, что этот объект чёрной дырой не является. Однако, в 1990 году он признал поражение, когда данные наблюдений укрепили уверенность в наличии гравитационной сингулярности в системе. Забавным является также тот факт, что лишь в 2011-м Кип Торн стал крайне убеждён в том, что это чёрная дыра. Лишь после того, как были опубликованы три статьи, закончившие описание объекта Лебедь X-1.
1978 год. Насколько же это точно!
Жан-Пьер Люмине (в переводе с латыни — «свет», как иронично). Он с помощью компьютера IBM 7040, работавшего на перфокартах, смоделировал примерное гравитационное поле гипотетической чёрной дыры. И чёрт возьми, насколько оно оказалось точным и качественным. Но, самое интересное только начинается — Жан-Пьер смог вытянуть из компьютера только расчёт гравитационных потенциалов чёрной дыры. И тут ему безумно пригодились его художественные навыки. С помощью туши и рапидографа (заправляемый маркер) Люмине вручную создал изображение чёрной дыры и её аккреционного диска. Так как тушь была чёрной, то ему потом пришлось создать негатив изображения, чтобы приблизиться к реальному виду чёрной дыры. А в апреле 2019 года Консорциум телескопов горизонта событий подтвердил предсказания Люмине. Именно тогда и было создано первое телескопическое изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре эллиптической галактики Мessier 87, которое вы и видите в начале статьи.
2014. "Интерстеллар". Насколько же она красива, огромна и близка к реальной чёрной дыре.
В фильме она не зря названа в честь одного из обжор сатирического романа-пентаголии Франсуа Рабле. Она также огромна и прожорлива. Но больше всего поражает то, насколько точно и изящно она выглядит. Её визуальное представление согласовалось с астрофизиками, в том числе, и с Кипом Торном. Вращающееся видимая материя, составляющая аккреционный диск, искривление пространства-времени, всё это выглядит действительно шедеврально и по-научному. Единственное правило: Не пытайтесь прыгать внутрь горизонта событий, вы вряд ли попадёте в пятимерное пространство как Купер. Боюсь, что вас просто растянет под действием гигантских приливных сил и вы превратитесь в спагетти. И я не шучу, спагеттификацию никто не отменял.
2019 год. То самое изображение тени сверхмассивной чёрной дыры в радиодиапазоне.
Вот он, апофеоз, тот самый апогей десятков лет изучения, расчётов, наблюдении, гипотез, проб и попыток обнаружения. Изображение было получено с помощью 8 радиотелескопов по всему миру, объединённых в глобальную сеть, всё это проводилось под покровительством проекта "Event Horizon Telescope". На нём можно увидеть поглощаемое вещество, которое и делают чёрную дыру, хоть немного, но видимой. Однако самое примечательное в той фотографии, ради чего она и была сделана, это темный круг в центре раскрашенного в условные цвета ореола. Это тень черной дыры, которая соответствует горизонту событий. И да, на этом изображении она показана сверху. В итоге, Эйнштейн оказался прав. Его предсказания теории относительности, позволяющей определить массу и диаметр этого экзотического объекта, оказались верны. Размером она превосходит Солнечную систему и достигает 40 млрд км. Кроме того, она содержит массу 6,5 млрд Солнц. Отдельную благодарность можно выразить Кэтрин Боуман. Именно она разработала алгоритм визуализации сверхмассивной чёрной дыры по данным, полученным радиотелескопами.