Первое настоящее изображение черной дыры. Уже завтра!
Завтра, 10 апреля 2019 года нас ожидает историческое событие, которое ждут абсолютно все астрономы в мире. Участники проекта Event Horizon Telescope, объединяющего между собой несколько радиотелескопов, расположенных в различных точках нашей планеты, собираются впервые продемонстрировать настоящее изображение двух черных дыр. Один из объектов, обладающий массой 4,1 миллиона солнечных, находится в центре нашей галактики Млечный Путь и спрятан в глубинах плотных скоплений межзвездных пыли и газа. Второй объект находится в самом сердце гигантской эллиптической галактики Messier 87 (M87), что в созвездии Девы. Объект обладает массой, эквивалентной 7 миллиардам солнечных и выпускает мощные энергетические джеты на расстояние в несколько тысяч световых лет.
Если расчеты ученых оказались верными и наблюдения за объектами прошли успешно, то завтра мы сможем увидеть изображения как минимум одной, а то и сразу двух черных дыр, которые, скорее всего, предстанут перед нами в виде двух небольших теней, подсвечиваемых раскаленными облаками из газа и пыли, а также очень мощным энергетическим излучением. Какой формы будут эти объекты – круглые, овальные или совершенно иного рода – будет зависеть от того, вращаются ли они (и с какой скоростью), от того, насколько прав был Эйнштейн в их описании, а также от того, насколько они активны.
Реальное изображение этих теней, о которых так много рассуждали Эйнштейн и Хокинг, в которых перестают действовать обычные законы физики, в которых останавливается время, бесследно исчезает любая материя и свет, переставая существовать в известном нам физическом мире и оставляя после себя лишь воспоминания, должно надолго отложиться в памяти любого астрофизика. Впервые в истории ученые смогут заглянуть прямо в самое сердце бесконечности.
Конечно же, все это произойдет лишь в том случае, если астрономы действительно смогли их увидеть. Как сообщает издание New York Times, команда проекта Event Horizon на протяжении всего периода наблюдений и анализа полученных данных практически ничего не сообщала о прогрессе. Поэтому никто не может с уверенностью сказать, действительно ли они смогли получить реальные изображения черных дыр.
Несмотря на полную скрытность, руководитель проекта Event Horizon Telescope Шеп Доулман заявляет, что его команда работает "с полной самоотдачей, по четыре раза проверяя каждый полученный результат". Недавно Доулман посетил Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, ничего не сказал, но выглядел так, как будто ему и его команде действительно есть что показать и рассказать.
Объявление результатов двухлетнего исследования планируется проводить одновременно сразу в шести местах по всему миру, что указывает может говорить о том, насколько этот проект важен для международного научного сообщества. Так, например, одна презентация будет проходить в Национальном пресс-клубе в Вашингтоне, другую пресс-конференцию будет проводить Франс Кордова, глава Национального научного фонда. Сама команда ученых проекта Event Horizon Telescope собирается разместиться в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики.
Примечательно, что презентация состоится почти спустя век с того момента, как искаженные изображения звезд сделали Эйнштейна по-настоящему знаменитым и закрепили его общую теорию относительности (ОТО) как нерушимый закон космоса. В ней говорилось и описывалось то, как с присутствием массы и энергии гравитация способна искажать пространство и время, позволяя содержимому Вселенной, включая свет, прокладывать и следовать не только прямыми, но и весьма искривленными путями.
ОТО привела науку к новой концепции понимания космоса, в которым пространство-время может дрожать, искривляться, расширяться, скручиваться и наконец навсегда исчезать в пасти черных дыр. К удивлению самого Эйнштейна, его уравнения показали, что огромная концентрация материи и энергии в одном месте способна разрушать пространство-время, поглощая материю и свет в бесконечное ничто. Ученому эта идея не нравилась, однако современная наука считает, что Вселенная содержит множество черных дыр, готовых поглотить все на своем пути. И многие из них представляют собой финальный этап эволюции коллапсирующих звезд.
Любые сомнения в пользу существования этих объектов исчезли три года назад благодаря открытию сотрудников Лазерно-интерферометрической гравитационно-волновая обсерватории (LIGO). С помощью очень чувствительного оборудования ученые услышали "эхо" столкнувшейся пары очень далеко расположенных от нас черных дыр, вызвавших "дрожь" ткани пространства-времени, которая как волны от брошенного в воду камня, разошлись по всей Вселенной и были пойманы оборудованием LIGO. С тех пор астрофизики наблюдали еще за несколькими событиями столкновений черных дыр. Как оказалось, это стало настолько обыденным, что даже среди ученых эти события перестали вызывать благоговейный трепет.
Тем не менее астрономы очень заинтригованы возможностью наконец-то увидеть то, что ранее было скрыто от их глаз.
"Да, я очень хотел бы увидеть ее изображение. Зная законы физики и математики, я прекрасно понимаю, что фраза "увидеть черную дыру" звучит не совсем правильно, но возможность лично взглянуть на реальное изображение того, что все мы так давно хотели увидеть – это просто невероятно круто!", — комментирует Дэниел Хольц из Чикагского университета.
"Очень интересно даже с технической точки зрения – лично увидеть изображение черной дыры", — говорит астрофизик Йельского университета Приямвада Натараджан.
Как указали собеседники New York Times, особенно волнительным для них является то, что эти черные дыры являются не обычными "звездными трупами", а настоящими гигантскими чудищами, расположенными в самом центре своих галактик, напрямую влияющими на космическую погоду и создающими энергетические выбросы на многие тысячи световых лет.
Даже если эти изображения окажутся не настолько впечатляющими, насколько все мы этого ждем, возможность увидеть хотя бы малую часть этих сущностей окажет неоценимый вклад в их исследование и понимание того, что они собой представляют на самом деле и как они способны демонстрировать все те невероятные силы и возможности, которые им приписываются.
В центре Млечного Пути, на расстоянии около 26 000 световых лет от Земли находится некий источник радиоизлучения, получивший название Стрелец А*. Путем отслеживания орбит звезд, находящихся вокруг этого центрального хаба, астрономы смогли вычислить следующее: что бы там не находилось, оно обладает четырьмя миллионами солнечных масс. Объект не излучает видимого и инфракрасного света. Если это не черная дыра, то ученые даже не готовы предположить, что же это такое на самом деле. Единственная возможность выяснить это наверняка – постараться вглядеться сквозь окружающие предполагаемый объект пыль и газ и всеми правдами и неправдами провести прямое наблюдение за тем, что же там находится.
Сделать это архисложно. Согласно стандартным расчетам Эйнштейна, диаметр черной дыры, обладающей массой 4,1 миллиона солнечных, будет составлять всего около 24 миллионов километров – крошечная точка в космический масштабах и с учетом дистанции наблюдений. К счастью сама гравитация черной дыры позволяет ей выглядеть для нас как минимум в два раза больше. Но даже в этом случае, попытка увидеть ее будет аналогична попытке разглядеть апельсин на Луне невооруженным глазом.
Чтобы увидеть что-то настолько маленькое с большого расстояния потребуется по-настоящему огромный и очень мощный телескоп. Именно здесь и пригодился радиотелескоп Event Horizon, названный в честь границы в пространстве-времени, окружающей черную дыру и являющейся так называемой точкой невозврата. Все что ее пересекает — обречено быть поглощенным в бесконечность. Проект является детищем астрофизика Шепа Доулмана, который серьезно задумался над его реализацией после изучения загадочных активностей в центрах сверхмассивных радиогалактик, таких как M87.
Event Horizon представляет собой сеть радиотелескопов, работающих по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Телескопы отдалены друг от друга на очень большие расстояния. Например, один находится Южном полюсе, другой во Франции, третий в Чили, еще один на острове Гавайи. Фактически это позволило доктору Доулману и его коллегам создать гигантский виртуальный радиотелескоп размером с Землю. Работа над его созданием велась более 10 лет. Наконец в апреле 2017 года сеть из восьми телескопов была синхронизирована с помощью атомных часов и устремила свой взор в центр Млечного Пути, а также в центр сверхгигантской галактики M87. Непрерывные наблюдения продолжались в течение 10 суток.
Последующие два года ученые проводили расшифровку и анализ полученных данных. Объемы этой информации оказались настолько огромными (каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации), что передавать их по интернету было невозможно. Поэтому данные сохранялись на жесткие диски (1024 штуки в общей сложности) и отправлялись для изучения в обсерваторию Хайстак (принадлежит Массачусетскому технологическому институту, США), а также в Институт радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия). Обе лаборатории имеют суперкомпьютеры, способные разобрать и структурировать такой колоссальный объем информации.
Данные с радиотелескопа, расположенного на Южном полюсе не удавалось получить вплоть до декабря 2017 года. Как отмечает доктор Доулман, "виновником оказалась антарктическая зима, время, когда ничего привезти и вывезти из Южного полюса невозможно".
В 2018 году команда астрономов разделилась на четыре независимые группы, которые занялись составлением изображений черных дыр из полученных данных. Для объективности результатов ни одна из групп не контактировала между собой, уверяет доктор Доулман. Несмотря на финальный этап работы к проекту виртуального радиотелескопа Event Horizon в апреле того же года присоединилась еще одна установка, находящаяся в Гренландии. После этого наблюдение за центрами Млечного Пути и галактики M87 провели снова. И в этот раз данных собрали в два раза больше, чем при наблюдениях в 2017 году.
"Наши возможности возросли после этого многократно", — комментирует Доулман.
Новые данные наблюдений не попали в выборку для анализа, чей результат будет объявлен завтра, однако они позволяют астрономам сверится с информацией, полученной в 2017 году, а также проследить за возможными изменениями.
