Чорна діра. Загадки всесвіту.

Что такое черная дыра? Почему фотография телескопа “Горизонт событий” 2019 года так важна? Давайте прольем немного света
После того, как ответственные за проект Event Horizon Telescope (EHT) показали миру первое изображение черной дыры и первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути, многие пытаются понять больше о том, что все еще остается очень сложной (и загадочной), хотя и такой важной темой.

Действительно, ученые убеждены, что именно в черных дырах могут быть скрыты важные секреты для понимания глубинной природы Вселенной. Действительно, не случайно Нобелевская премия по физике 2020 года была присуждена трем ученым (Роджеру Пенроузу, Рейнхарду Гензелю и доктору Андреа Гезе) за исследования этих удивительных сверхмассивных тел.

Поэтому давайте попробуем понять кое-что сами, ответив по пунктам на самые распространенные вопросы.

Что такое черная дыра?

Начнем с основы всего: черные дыры – это не совсем “дыры”, а области пространства, которые благодаря чрезвычайно мощному гравитационному притяжению поглощают все: материю, звезды, даже свет. Именно поэтому они представляются нам огромными черными массами.

Черные дыры не все одинаковы, и в первую очередь отличаются по размеру.

Они относительно малы, несмотря на то, что могут сжиматься и заключать в себе массу миллионов или миллиардов Солнц, черные дыры по определению невидимы, а усложняет ситуацию тот факт, что эти монстры пытаются скрыть собственную активность. Они делают это с помощью облаков пыли и вихрей сверхгорячего газа. И все же в этой игре в обман – и в процессе гравитационного поглощения, героями которого они являются, – они выдают себя: они испускают специфические радиоволны, и именно те, что в диапазоне 1,3 миллиметра, фиксируются радиотелескопами.

Как образуется черная дыра?

Чёрная дыра обычно образуется, когда большая “умирающая” звезда взрывается, порождая сверхновую. После колоссального взрыва в центре остается черная дыра. Гигантские (или сверхмассивные) черные дыры в центре галактик: примерами являются Стрелец А* в центре Млечного Пути и М87, увековеченная EHT.
Промежуточные черные дыры: они имеют массу в 30-60 раз больше массы Солнца и недавно были обнаружены гравитационно-волновыми обсерваториями, хотя их происхождение до сих пор неясно.

Что было сфотографировано телескопом EVENT HORIZON TELESCOPE?
Снимок, который обошел весь мир в апреле 2019 года, – это черная дыра в центре галактики M87, сверхгигантской эллиптической галактики, удаленной от нас на 53 с половиной миллиона световых лет.

Помните, что световой год – это единица измерения, которая показывает расстояние, проходимое светом за один год. Это означает две вещи: 1) галактика и черная дыра находятся очень далеко друг от друга; 2) изображение, “захваченное” EHT, на самом деле имеет возраст 53 с половиной миллиона лет!

Возвращаясь к нашей черной дыре, следует отметить, что она названа в честь своей галактики – M87 – и обладает массой в шесть с половиной миллиардов раз больше массы Солнца, а также в два миллиона миллиардов раз больше массы Земли.

Однако в мае 2022 года исследователи EHT повторили этот результат, запечатлев Стрельца А*, черную дыру в центре Млечного Пути, нашей галактики.

Почему M87 и Стрелец A* окружены кольцом света? Саму черную дыру невозможно сфотографировать – не потому, что у нас отсталые инструменты: это физически невозможно, – но ученые смогли “поймать” ее тень в виде силуэта на фоне своеобразного кольца света. На самом деле это кольцо – большое скопление очень горячей материи (газа и пыли, температура которых достигает миллиардов градусов), готовой вот-вот погрузиться в дыру.

Стрелец А* также окружен газом, свечение которого позволило визуально определить черную дыру.

Как фотографируют черные дыры?

На самом деле, если говорить обо всем этом, то историческая фотография….. не является фотографией. Изображение M87 – результат кропотливой реконструкции 10 000 терабайт данных, полученных в результате примерно 120 часов – “растянутых на два года” – наблюдений десятков и десятков радиотелескопов, разбросанных по всему миру. Координация была настолько точной, что в ней использовались точные атомные часы, обеспечивающие идеальную синхронизацию. Аналогичная процедура была использована и для Стрельца А*, хотя в ней участвовало “всего” восемь радиотелескопов.

Короче говоря, изображение представляет собой своего рода гигантскую и сложную “головоломку” из данных, которые затем были преобразованы в фотографическое “доказательство”.