Research

Перше справжнє зображення чорної діри. Вже завтра!

Завтра, 10 квітня 2019 року на нас очікуєісторична подія, яка чекають абсолютно все астрономи в світі. Учасники проекту Event Horizon Telescope, що об'єднує між собою кілька радіотелескопів, розташованих в різних точках нашої планети, збираються вперше продемонструвати справжнє зображення двох чорних дір. Один з об'єктів, що володіє масою 4,1 мільйона сонячних, знаходиться в центрі нашої галактики Чумацький Шлях і захований в глибинах щільних скупчень міжзоряних пилу і газу. Другий об'єкт знаходиться в самому серці гігантської еліптичної галактики Messier 87 (M87), що в сузір'ї Діви. Об'єкт має масу, еквівалентній 7 мільярдів сонячних і випускає потужні енергетичні джети на відстань в декілька тисяч світлових років.

Якщо розрахунки вчених виявилися вірними іспостереження за об'єктами пройшли успішно, то завтра ми зможемо побачити зображення як мінімум однієї, а то і відразу двох чорних дір, які, швидше за все, стануть перед нами у вигляді двох невеликих тіней, що підсвічуються розпеченими хмарами з газу і пилу, а також дуже потужним енергетичним випромінюванням. Якої форми будуть ці об'єкти - круглі, овальні або зовсім іншого роду - буде залежати від того, чи обертаються вони (і з якою швидкістю), від того, наскільки правий був Ейнштейн в їх описі, а також від того, наскільки вони активні.

Реальне зображення цих тіней, про які такбагато міркували Ейнштейн і Хокінг, в яких перестають діяти звичайні закони фізики, в яких зупиняється час, безслідно зникає будь-яка матерія і світло, перестаючи існувати у відомому нам фізичному світі і залишаючи після себе лише спогади, має надовго відкластися в пам'яті будь-якого астрофізика. Вперше в історії вчені зможуть заглянути прямо в саме серце нескінченності.

Звичайно ж, все це станеться лише в тому випадку,якщо астрономи дійсно змогли їх побачити. Як повідомляє видання New York Times, команда проекту Event Horizon протягом усього періоду спостережень і аналізу отриманих даних практично нічого не повідомляла про прогрес. Тому ніхто не може з упевненістю сказати, чи дійсно вони змогли отримати реальні зображення чорних дір.

Радіоджерело Стрілець А * в центрі нашої галактики

Незважаючи на повну скритність, керівникпроекту Event Horizon Telescope Шеп Доулман заявляє, що його команда працює «з повною самовіддачею, по чотири рази перевіряючи кожен отриманий результат». Нещодавно Доулман відвідав Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики, нічого не сказав, але виглядав так, як ніби йому і його команді дійсно є що показати і розповісти.

Оголошення результатів дворічного дослідженняпланується проводити одночасно відразу в шести місцях по всьому світу, що вказує може говорити про те, наскільки цей проект важливий для міжнародного наукового співтовариства. Так, наприклад, одна презентація буде проходити в Національному прес-клубі у Вашингтоні, іншу прес-конференцію проводитиме Франс Кордова, глава Національного наукового фонду. Сама команда вчених проекту Event Horizon Telescope збирається розміститися в Національному музеї повітроплавання і астронавтики.

Примітно, що презентація відбудеться майжечерез століття з того моменту, як спотворені зображення зірок зробили Ейнштейна по-справжньому знаменитим і закріпили його загальну теорію відносності (ЗТВ) як непорушний закон космосу. Там було написано і описувалося то, як з присутністю маси і енергії гравітація здатна спотворювати простір і час, дозволяючи вмісту Всесвіту, включаючи світло, прокладати і слідувати не тільки прямими, але і вельми викривленими шляхами.

ОТО привела науку до нової концепції розуміннякосмосу, в яких простір-час може тремтіти, скривлюватися, розширюватися, скручуватися і нарешті назавжди зникати в пащі чорних дір. На подив самого Ейнштейна, його рівняння показали, що величезна концентрація матерії та енергії в одному місці здатна руйнувати простір-час, поглинаючи матерію і світло в нескінченне ніщо. Вченому ця ідея не подобалася, проте сучасна наука вважає, що Всесвіт містить безліч чорних дір, готових поглинути все на своєму шляху. І багато хто з них представляють собою фінальний етап еволюції колапсуючої зірок.

Будь-які сумніви на користь існування цихоб'єктів зникли три роки тому завдяки відкриттю співробітників Лазерно-інтерферометричної гравітаційно-хвильова обсерваторії (LIGO). За допомогою дуже чутливого обладнання вчені почули «відлуння» зіткнулася пари дуже далеко розташованих від нас чорних дір, що викликали «тремтіння» тканини простору-часу, яка як хвилі від кинутого у воду каменя, розійшлися по всьому Всесвіті і були спіймані обладнанням LIGO. З тих пір астрофізики спостерігали ще за кількома подіями зіткнень чорних дір. Як виявилося, це стало настільки буденним, що навіть серед учених ці події перестали викликати благоговійний трепет.

Проте астрономи дуже заінтриговані можливістю нарешті побачити те, що раніше було приховано від їхніх очей.

«Так, я дуже хотів би побачити її зображення. Знаючи закони фізики і математики, я прекрасно розумію, що фраза «побачити чорну діру» звучить не зовсім правильно, але можливість особисто поглянути на реальне зображення того, що всі ми так давно хотіли побачити - це просто неймовірно круто! », - коментує Деніел Хольц із Чиказького університету.

«Дуже цікаво навіть з технічної точки зору - на власні очі побачити зображення чорної діри», - говорить астрофізик Єльського університету Пріямвада Натараджан.

Як вказали співрозмовники New York Times, особливохвилюючим для них є те, що ці чорні діри не є звичайними "зоряними трупами», а справжніми гігантськими чудовиськами, розташованими в самому центрі своїх галактик, безпосередньо впливають на космічну погоду і створюють енергетичні викиди на багато тисяч світлових років.

Навіть якщо ці зображення виявляться не настількивражаючими, наскільки всі ми цього чекаємо, можливість побачити хоча б малу частину цих сутностей надасть неоціненний вклад в їх дослідження і розуміння того, що вони собою представляють насправді і як вони здатні демонструвати все ті неймовірні сили і можливості, які їм приписуються.

У центрі Чумацького Шляху, на відстані близько 26000 світлових років від Землі знаходиться якесь джерело радіовипромінювання, що отримав назву Стрілець А *. Шляхом відстеження орбіт зірок, що знаходяться навколо цього центрального хаба, астрономи змогли обчислити наступне: що б там не знаходилося, воно володіє чотирма мільйонами сонячних мас. Об'єкт не випромінює видимого і інфрачервоного світла. Якщо це не чорна діра, то вчені навіть не готові припустити, що ж це таке насправді. Єдина можливість з'ясувати це напевно - постаратися вдивитися крізь навколишні передбачуваний об'єкт пил і газ і всіма правдами і неправдами провести пряме спостереження за тим, що ж там знаходиться.

Зробити це архіскладно. Згідно стандартним розрахунками Ейнштейна, діаметр чорної діри, яка має масою 4,1 мільйона сонячних, становитиме всього близько 24 мільйонів кілометрів - крихітна точка в космічний масштабах і з урахуванням дистанції спостережень. На щастя сама гравітація чорної діри дозволяє їй виглядати для нас як мінімум в два рази більше. Але навіть в цьому випадку, спроба побачити її буде аналогічна спробі розгледіти апельсин на Місяці неозброєним оком.

Щоб побачити щось настільки маленьке звеликої відстані буде потрібно по-справжньому величезний і дуже потужний телескоп. Саме тут і знадобився радіотелескоп Event Horizon, названий на честь кордону в просторі-часі, навколишнього чорну діру і є так званою точкою неповернення. Все що її перетинає - приречене бути поглинутим в нескінченність. Проект є дітищем астрофізика Шепа Доулмана, який серйозно задумався над його реалізацією після вивчення загадкових активностей в центрах надмасивних радиогалактик, таких як M87.

Галактика M87. З центру галактики виривається релятивістська струмінь

Event Horizon є мережеюрадіотелескопів, що працюють за принципом радіоінтерферометрії з наддовгими базами. Телескопи віддалені один від одного на дуже великі відстані. Наприклад, один знаходиться Південному полюсі, інший у Франції, третій в Чилі, ще один на острові Гаваї. Фактично це дозволило доктору Доулману і його колегам створити гігантський віртуальний радіотелескоп розміром з Землю. Робота над його створенням велася більше 10 років. Нарешті в квітні 2017 року мережа з восьми телескопів була синхронізована з допомогою атомного годинника і спрямувала свій погляд у центр Чумацького Шляху, а також у центр надвелетенської галактики M87. Безперервні спостереження тривали протягом 10 діб.

Обсерваторія Ла-Силья, розташована в Чилі і належить Європейській південній обсерваторії. Одна зі станцій, яка брала участь в проекті Event Horizon

Наступні два роки вчені проводили розшифровкуі аналіз отриманих даних. Обсяги цієї інформації виявилися настільки величезними (кожен з телескопів зібрав по 500 ТБ інформації), що передавати їх по інтернету було неможливо. Тому дані зберігалися на жорсткі диски (1024 штуки в цілому) і відправлялися для вивчення в обсерваторію Хайстак (належить Массачусетському технологічному інституту, США), а також в Інститут радіоастрономії імені Макса Планка в Бонні (Німеччина). Обидві лабораторії мають суперкомп'ютери, здатні розібрати і структурувати такий колосальний обсяг інформації.

Дані з радіотелескопу, розташованого на Південномуполюсі не вдавалося отримати аж до грудня 2017 року. Як зазначає доктор Доулман, «винуватцем виявилася антарктична зима, час, коли нічого привезти і вивезти з Південного полюса неможливо».

У 2018 році команда астрономів розділилася начотири незалежні групи, які зайнялися складанням зображень чорних дір з отриманих даних. Для об'єктивності результатів жодна з груп не контактувала між собою, запевняє доктор Доулман. Незважаючи на фінальний етап роботи до проекту віртуального радіотелескопу Event Horizon в квітні того ж року приєдналася ще одна установка, яка перебуває в Гренландії. Після цього спостереження за центрами Чумацького Шляху й галактики M87 провели знову. І в цей раз даних зібрали в два рази більше, ніж при спостереженнях в 2017 році.

«Наші можливості зросли після цього багаторазово», - коментує Доулман.

Нові дані спостережень потрапили у вибірку дляаналізу, чий результат буде оголошений завтра, проте вони дозволяють астрономам звіриться з інформацією, отриманою в 2017 році, а також простежити за можливими змінами.

Обговорити статтю можна в нашому Telegram-чаті.