Не так уж и часто мы становимся свидетелями настоящих астрономических сенсаций. 12 мая было объявлено, что получено изображение тени сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики.
Сама концепция существования ЧД появилась достаточно давно — она была реальна ещё даже в рамках ньютоновской теории тяготения, когда достаточно представить себе объект настолько массивный, что вторая космическая скорость для него равна скорости света.
Расцвела эта гипотеза, когда потребовалось объяснение невероятной светимости квазаров. Тут-то и появилась теория дисковой аккреции Шакуры-Сюняева, в рамках которой это излучение исходило из очень быстро вращающихся аккреционных дисков, образующихся вокруг огромных масс.
Таким образом, чтобы объяснить энергию, испускаемую квазарами, надо было предполагать, что массы их настолько велики, что это могут быть только ЧД. Сразу после этого оказалось, что с помощью чёрных дыр удобно описывать и тесные двойные системы, и активные галактические ядра, и много чего ещё.
Тем не менее, мы говорим о чисто теоретической идее, пусть и отлично укладывавшейся в наблюдения.
Но как увидеть саму ЧД?
На сегодняшний день таких технологий у нас нет. Но мы можем постараться увидеть тень ЧД, основная проблема в наблюдении которой — её крайне малый угловой размер. В этой связи́ исследователям нужно было достичь очень высокого углового разрешения. Представители проекта Event Horizon Telescope приводят такой пример: разрешения, достигнутого в проекте, достаточно, чтобы читать газету в Нью-Йорке, находясь в уличном кафе в Париже («enough to read a newspaper in New York from a sidewalk café in Paris»).
Казалось бы, в силу большого расстояния, тени таких ЧД должны быть очень малы. Ведь в обычной жизни мы привыкли к тому, что чем дальше находится объект, тем меньше его угловой размер для нас. Однако на космологических расстояниях на распространении света начинает сказываться расширение Вселенной, а именно — на распространении лучей, идущих из окрестности ЧД к нам.
Расширение Вселенной приводит к тому, что на больших расстояниях наблюдаемый угловой размер объекта начинает не уменьшаться, а увеличиваться с ростом красного смещения. Это приводит к тому, что тени от очень далёких ЧД могут иметь достаточно большие угловые размеры, чтобы их можно было наблюдать с помощью телескопов следующих поколений, например, James Webb Space Telescope и «Миллиметрон».
Впервые задача получить изображение тени чёрной дыры была поставлена в 2017 году. Для этого был сформирован консорциум под названием «Телескоп горизонта событий». Это коллаборация из восьми крупнейших субмиллиметровых антенн, которые расположены по всему земному шару, работая вместе как гигантский интерферометр с диаметром примерно равным диаметру Земли.
Его теоретическое разрешение составляет несколько десятков угловых микросекунд — несколько стотысячных долей угловой секунды. Чтобы понять, насколько это маленькая величина, возьмите пончик и положите его на поверхности Луны. Так вот размер пончика на расстоянии Луны — это тот размер, который имеют тени зафиксированных ЧД. Задача буквально на грани фантастики.
Фото ли это?
Интерферометр получает достаточно сложную цифровую картину интерференционных линий, из которой математическими методами и восстанавливается то изображение, которое нам показывают.
ЧД в галактике М87, изображение тени которой было опубликовано в 2020 году, в 1000 раз больше, ЧД, находящейся в центре нашей галактики, но она и в 1000 раз дальше, поэтому получается примерно одно и то же.
К слову, наблюдения и ЧД в галактике М87, ЧД в центре Млечного пути были сделаны в 2017 году, но почему же тогда сначала специалисты работали над получением изображения тени ЧД в другой галактике? Всё дело в сложности этого процесса.
Помимо того, что ЧД в галактике М87 находится в области, которая меньше заслонена пылью и газом, она, напомню, в 1000 раз больше. Из-за этого, обращение звёзд и светящихся облаков вокруг неё происходит в течение месяцев. За это время яркость не успевает сильно измениться.
Вокруг нашей ЧД вращение происходит быстрее, из-за чего интерференционная картина постоянно меняется, поэтому с точки зрения вычислений эта задача значительно сложнее и занимает гораздо больше времени.
Во время релиза довольно подробно рассказывалось, как все изображения делились на четыре группы, которые обрабатывались отдельно, чтобы убрать шумы. В результате было получено одно изображение в каждой группе, а уже из них — средневзвешенное изображение.
Чем так важны эти изображения?
Самое важное, на мой взгляд, заключается в том, что у нас теперь есть прямые доказательства существования ЧД, а значит, мы по-прежнему неплохо описываем Вселенную и можем продолжать разбираться в её законах.
Это невероятное достижение. Очень жаль, что Россия не успела принять участие в этом проекте. У нас ещё с 1990-х разрабатывается проект космического телескопа субмиллиметрового диапазона «Миллиметрон». Точнее, он был задуман в 1990-х, а разработка началась в 2010-х.
Проблема в том, что Россия самостоятельно такой проект не вытянет. Именно поэтому в 2021 году заключено шесть международных соглашений (с Китаем, Южной Кореей, Италией, Францией, Голландией и США) и ещё четыре готовились к подписанию.
Месяц назад руководитель космического центра ФИАН Сергей Лихачев сообщил СМИ, что зарубежные партнёры, в том числе Франция, Китай, Южная Корея и Италия, официально не отказались от сотрудничества с Россией в работе над проектом «Миллиметрон». Работа затормозилась в силу политических причин, но она продолжается.
Хотелось бы верить, что этот проект сможет в итоге стать одним из мостов в налаживании отношений. Посмотрим.
Ну а пока предлагаю вам коротенькую гифку, на которой показано, чего человечество может добиваться, когда объединяется ради общей цели:
Подписывайтесь на канал в Telegram.
