Глобальная интерферометрическая сеть из десяти радио- и миллиметровых обсерваторий смогла разглядеть тень и горизонт событий сверхмассивной черной дыры в центре активной галактики Messier 87. Эта галактика находится в созвездии Девы, на расстоянии в 55 миллионов световых лет от Земли, а сверхмассивная черная дыра в ее центре примерно в 6,5 миллиарда раз тяжелее Солнца. Также она в тысячу раз тяжелее черной дыры в центре Млечного Пути, обозначаемой как Стрелец A*. Обе черные дыры входят в список целей проекта EHT, начатого в апреле 2017 года.
Изображение было получено в рамках международного проекта Event Horizon Telescope (EHT) / «Телескоп горизонта событий». Уточним, что это изображение не самой черной дыры, так как этот объект невозможно запечатлеть в принципе из-за своих физических свойств (она поглощает всякий свет). Но можно сфотографировать горизонт событий (условную границу между внешним пространством и непосредственно черной дырой), что собственно и было сделано. Художники эту границу обычно изображают, как область, искажающую свет и опоясывающее саму черную дыру. Первое научное изображение с этим полностью согласуется.
Существенным отличием Стрельца A* от черной дыры в галактике М87 является активность последней, проявляющейся в образовании четко видимого джета, который расположен перпендикулярно плоскости аккреционного диска вокруг черной дыры. Его длина составляет примерно пять тысяч световых лет. Джеты наблюдаются в ряде случаев, например, у квазаров, и существует несколько теорий образования таких потоков, которые можно проверить, наблюдая их основание, расположенное вблизи черной дыры.
Ученые вели наблюдения в течение десяти дней в апреле 2017 года. Чтобы получить изображение, астрономам пришлось дождаться хорошей погоды во всех концах Земли, где стоят телескопы, включая Южный полюс. Затем они начали собирать данные со всех телескопов одновременно, синхронизируя их по атомным часам. Данные записывались на жесткие диски, которые затем на самолетах доставили в единый центр обработки. Всего было собрано больше петабайта данных (миллион гигабайт). Это изображение — результат масштабной обработки первичных данных интерферометра, в том числе на суперкомпьютерах.
«Полученная картинка подтверждает существование горизонта событий, то есть подтверждает правильность общей теории относительности Эйнштейна, — отметил один из руководителей проекта Лучано Реццола. — Значение открытия — превращение математического концепта горизонта событий, который обычно является написанными на доске формулами, в реальный объект, что-то проверяемое, измеряемое и многократно наблюдаемое. Это может показаться незначимым, но это фундаментальный первый шаг в любом научном исследовании».
На более ранних астрономических снимках можно было наблюдать косвенные эффекты черных дыр: гало и джеты. Но это впервые было получено столь «близкое» и детальное изображение. Метод интерферометрии позволяет объединять множество телескопов в один с общим (условным) диаметром, равным расстоянию между ними. То есть, получился такой себе телескоп размером с Землю.
Отвечая на вопросы журналистов после основной части пресс-конференции, ученые сообщили, что это открытие только первый шаг на пути к пониманию того, как все устроено во Вселенной. Ученым удалось подтвердить большинство своих догадок касательно свойств черных дыр, но ничего необычного, выходящего за грани понимания, пока обнаружить не удалось.
Также ученые получили подтверждение теории о том, что черная дыра вращается.
«Мы наблюдали четыре дня, все это время картинка была примерно одинаковой, мало что менялось. Контраст не менялся и соответствует предсказанием для тени (черной дыры), несимметричная картинка говорит о вращении вещества. Как сама черная дыра, так и вещество вокруг могут вращаться», — отметила Моника Мощибродская.
Аккреционный диск не тонок, как может показаться на картинке, а весьма толст, и вращается по часовой стрелке, сообщили ученые.
В состав EHT в 2018 году добавился еще один телескоп GLT, миллиметровый телескоп в Гренландии, который серьезно увеличивает базу интерферометра. Так что в дальнейшем картинки должны быть еще детальнее. В будущем ученые сосредоточатся на отдельных аспектах устройства и поведения черных дыр, что, вероятно, и приведет к новым открытиям. Также ученые рассчитывают получить еще и анимационное изображение.
