Первая в истории реальная фотография черной дыры: как это было сделано

Первая в истории реальная фотография черной дыры
На этом снимке — первая в истории человечества реальная фотография черной дыры. 10 апреля 2019 года группа исследователей из проекта Event Horizon Telescope и National Science Foundation провели пресс-конференции, посвященные первому изображению черной дыры, которые одновременно начались в Бельгии, США, Японии, Дании, Китае, Чили и на Тайване в рамках международного проекта Event Horizon Telescope.

На фотографии изображен «горизонт событий» сверхмассивного объекта (черной дыры), которая находится в центре галактики М87, расположенной на расстоянии 50-55 млн световых лет от Земли и имеет массу в 6.5 миллиардов раз больше солнечной.

Реальность существования черных дыр в начале XX века удалось доказать на основе общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Однако, вплоть до 2019 года сами черные дыры ученым сфотографировать и подробно изучить не удавалось. Все используемые до сегодняшнего дня изображения являются лишь визуальными моделями, нарисованными исходя из теоретического предположения как должна выглядеть чёрная дыра. И вот теперь перед нами первая реальная фотография черной дыры!

«Полученное нами изображение служит подтверждением того, что горизонт событий действительно существует. Это, в свою очередь, подтверждает правильность общей теории относительности Эйнштейна. Значение открытия — превращение математического концепта горизонта событий, который обычно является написанными на доске формулами, в реальный объект, что-то проверяемое, измеряемое и многократно наблюдаемое…», — сообщил в ходе пресс-конференции руководитель группы исследователей Лучано Реццола.

Снимок космического объекта был получен с помощью проекта Event Horizon Telescope (Телескоп горизонта событий), в который входят восемь радиотелескопов, находящихся в разных частях земного шара.

А теперь немного более подробно о самом явлении и о том, как удалось совершить этот, без преувеличения, грандиозный научный прорыв и как была получена первая реальная фотография черной дыры.

фотография черной дыры - структура

Чёрная дыра — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер — гравитационным радиусом.

Горизонт событий — это видимая граница черной дыры. Фактически это граница в пространстве-времени, разделяющая те события (точки пространства-времени), которые можно соединить с событиями на светоподобной (изотропной) бесконечности светоподобными геодезическими линиями (траекториями световых лучей), и те события, которые так соединить нельзя.

Вопрос о реальном существовании чёрных дыр тесно связан с тем, насколько верна теория гравитации, из которой следует их существование. В современной физике стандартной теорией гравитации, лучше всего подтверждённой экспериментально, является общая теория относительности Эйнштейна (ОТО), обосновывающая возможность образования чёрных дыр.

Масштабы сверхмассивной черной дыры в центре галактики М 87 по сравнению с размерами Солнечной системы:

Реальная фотография черной дыры - сравнение размеров

Маленькая точка в центре — это Солнце, белый кружок — орбита Плутона, а едва видимая точка справа — это дистанция, на которую «Вояджер-1» успел удалиться от нашей звездной системы. Подробнее о миссии «Вояджеров» читайте в статье Voyager 2 стал вторым в истории объектом, созданным человеком, который достиг межзвёздного пространства.

Также для понимания масштабов нашей Солнечной системы и сравнения с размерами черной дыры М 87, рекомендую эту статью с великолепным видео, дающем наглядную картину: Реальные размеры Солнечной системы: лучшая визуализация в масштабе.

Messier 87 (М 87) — сверхгигантская эллиптическая галактика, крупнейшая в созвездии Девы. Находится на расстоянии около 16,4 млн парсек (53,5 млн св. лет) от Земли. M 87 — вторая по яркости галактика в Скоплении Девы и одна из самых массивных галактик в Местном сверхскоплении галактик (также известном как Сверхскопление или Суперкластер Девы).

фотография черной дыры - галактика М 87

В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра, которая делает ядро галактики активным. Этот объект является мощным источником различного излучения, особенно радиоволн, а также порождает релятивистскую струю (джет). Струя энергетической плазмы выбрасывается из ядра и простирается как минимум на 1500 парсек (4900 св. лет).

Event Horizon Telescope (EHT) — это проект по созданию большого массива телескопов, состоящего из глобальной сети радиотелескопов и объединяющего данные нескольких станций интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI) по всей Земле.

На этом видео короткометражный документальный фильм «В тени черной дыры», который был создан специально для объяснения и популяризации этого грандиозного исследования. Кстати, фильм снят очень красиво и в высоком разрешении, так что его будет не только полезно, но и приятно посмотреть.

Сам процесс исследования представляет собой научный эксперимент, беспрецедентный по своему замыслу и охвату вовлеченных ресурсов. Вот лишь несколько важных деталей, позволяющих получить представление о том, как была сделана первая реальная фотография черной дыры.

Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — это антенная решетка планетарного масштаба, состоящая из восьми наземных радиотелескопов, объединенных в международную коллаборацию:

фотография черной дыры - Event Horizon Telescope

Atacama Large Millimeter Array — пустыня Атакама, Чили

Atacama Pathfinder Experiment — плато Чайнантор, Чили

Heinrich Hertz Submillimeter Telescope — гора Грэм, штат Аризона, США

IRAM 30m telescope — гора Велета (Pico del Veleta), провинция Гранада, Испания

James Clerk Maxwell Telescope — гора Мауна-Кеа, Гавайи, США

Large Millimeter Telescope — гора Sierra Negra (Cerro La Negra), Мексика

South Pole Telescope — полярная станция Амудсена-Скотта, Антарктида

Submillimeter Array — гора Мауна-Кеа, Гавайи, США.

Данный проект был специально создан для получения изображений черных дыр. Благодаря EHT получено первое прямое визуальное свидетельство существования сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87 и ее тени. Это первая реальная фотография черной дыры.

Тень черной дыры – это наибольшее возможное приближение к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, который не выпускает из себя свет. Граница черной дыры—«горизонт событий» примерно в 2.5 раза меньше тени, которую он отбрасывает, и в данном случае составляет в поперечнике немногим меньше 40 миллиардов километров. Хотя этот размер и может показаться большим, получающееся световое кольцо имеет видимый поперечник всего около 40 угловых микросекунд, что эквивалентно видимому размеру кредитной карты, лежащей на поверхности Луны.

Хотя телескопы «решетки» не связаны друг с другом физически, получаемые ими наблюдательные данные можно точно синхронизировать при помощи атомных часов — «водородных мазеров». Во время глобальной наблюдательной кампании 2017 года такие синхронные наблюдения были выполнены на длине волны 1.3 мм.

Каждый телескоп EHT в ходе кампании получал громадное количество данных: 350 терабайт в день! Эти данные записывались на высокопроизводительные жесткие диски, наполненные гелием, а затем отсылались на высокоспециализированные суперкомпьютеры — так называемые корреляторы — в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хэйстек (MIT) для суммирования. Затем эти данные после сложнейших процедур обработки с использованием новейших вычислительных методов, разработанных участниками коллаборации, преобразовывались в изображения.

В дополнение к данной теме, рекомендую также эти материалы:

Андромеда на небе выглядит примерно в 6-7 раз больше диска Луны.

Получено первое подтвержденное изображение новорожденной планеты, формирующейся вокруг молодой звезды

Роман Комыза

10.04.2019

Понравился материал? Поддержите развитие сайта www.komyza.com
Карта Приватбанка 5168 7556 2066 1971

Первая в истории реальная фотография черной дыры: как это было сделаноПервая в истории реальная фотография черной дыры: как это было сделаноПервая в истории реальная фотография черной дыры: как это было сделаноPay with Bitcoin/Altcoins

Новости KOMYZA.com по электронной почте

Подписывайтесь на мой Facebook: facebook.com/RomanKomyza и на мой канал в Telegram: t.me/komyza