Первый взгляд на чёрную дыру в центре Млечного пути
12 мая 2022 года астрономы представили первое изображение сверхмассивного объекта в центре нашей Галактики. Результаты исследования предоставляют важные сведения о поведении подобных объектов и дают надёжные доказательства, что это действительно чёрная дыра.
10 апреля 2019 года исследовательский коллектив под названием «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) опубликовал первое изображение сверхмассивной чёрной дыры внутри галактики Мессье 87. Этот успех позволил астрономам перейти к изучению аналогичного объекта в центре нашей собственной галактики Млечный Путь. Наблюдения были проведены в 2017 году. Затем более 300 исследователей из 80 институтов по всему миру усердно работали в течение пяти лет над объединением, обработкой и анализом данных, используя суперкомпьютеры. Одновременно они собирали беспрецедентную библиотеку смоделированных чёрных дыр для сравнения с наблюдениями.
Чёрные дыры — необычные космические объекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна. Они имеют гигантские массы и небольшие размеры. Их гравитация настолько велика, что не позволяет «убежать» от них даже свету. Поэтому сами чёрные дыры увидеть нельзя. Но благодаря своей чудовищной гравитации они стягивают к себе вещество из окружающего пространства, заставляя его нагреваться и излучать. Это излучение и фиксируют астрономы. Так что изображение, полученное астрономами, — это не фотография чёрной дыры, а скорее её силуэт, «тень», на фоне светящегося вещества — тёмная центральная область, называемая тенью, окружённая яркой кольцеобразной структурой, форма которой определяется общей теорией относительности. Подробно об этом можно прочитать в статье «Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы». Характерные особенности этого изображения позволяют получить много ценной информации об этих объектах.
Ранее учёные наблюдали звёзды, обращающиеся вокруг невидимого, компактного и очень массивного, в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца, объекта в центре Млечного Пути, названного Стрелец A* (Sgr A*). Эти исследования доказали, что он представляет собой чёрную дыру и были удостоены Нобелевской премии по физике за 2020 год. Подробно об этом можно прочитать в статье «Долгожданное признание чёрных дыр». И вот, наконец, получено изображение, подтверждающее ранее сделанные выводы, и позволяющее продолжать исследования на новом уровне.
Получить изображение чёрной дыры в Млечном пути оказалось значительно сложнее, чем для M 87*, хотя Sgr A* гораздо ближе к нам. Дело в том, что вещество в окрестности чёрной дыры движется почти со скоростью света. Но вокруг огромной чёрной дыры в M 87* ему требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы совершить оборот, а около значительно меньшего Sgr A* оно совершает полный оборот за считанные минуты. Это приводит к тому, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро меняются за время наблюдений. Как пошутил один из астрономов, они предпринимали что-то вроде попытки сделать чёткий снимок щенка, быстро гоняющегося за своим хвостом. Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, которые учитывали бы движение газа вокруг Sgr A*. Если M 87* была лёгкой и устойчивой целью, и почти все её изображения выглядели одинаково, то с Sgr A* ситуация была совершенно иной. Поэтому изображение чёрной дыры Sgr A* представляет собой среднее значение различных изображений.
Тем не менее, обе чёрные дыры выглядят удивительно похожими, несмотря на совершенно разные типы галактик и разницу в массе более чем в тысячу раз. Поразительная похожесть этих чёрных дыр вблизи края говорит нам, что там ими «управляет» общая теория относительности, и любые различия, которые мы видим дальше, должны быть связаны с различиями в окружающем их материале. Теперь астрономы смогут изучить различия между этими двумя сверхмассивными чёрными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как протекают процессы, играющие огромную роль в космологии, и как гравитация ведёт себя в экстремальных условиях.
Телескоп горизонта событий в этом исследовании объединил восемь радиообсерваторий, расположенных в разных концах Земли, превратив их в огромный телескоп, обладающий большой разрешающей способностью, то есть способностью различать мелкие детали на огромном расстоянии. Поскольку чёрная дыра в Млечном пути находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли, на небе она имеет примерно такой же размер, как теннисный мяч на Луне.
