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

Pay 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