Первое изображение черной дыры

Ученые получили первое изображение черной дыры в галактике М87. Портрет космического монстра был сделан в рамках проекта Event Horizon Telescope (EHT). Используя восемь наземных телескопов, расположенных в разных частях мира, EHT собрал данные для получения снимка. Сама черная дыра, получившая название Поэхи, невидима, так как из нее не может выйти даже свет – мы можем видеть только ее горизонт событий.

EHT также наблюдал за черной дырой, находящейся в центре Млечного Пути, но не смог создать изображение. Поэхи расположена дальше и имеет большой размер, поэтому ее было легче исследовать.

Золотое кольцо на снимке – это горизонт событий, тот момент, когда объект, приближающийся к черной дыре, достигает точки невозврата и не способен избежать гравитационного притяжения. Считается, что материя, попадающая в горизонт событий, проходит через спагеттификацию – процесс, впервые описанный Стивеном Хокингом, когда объекты растягиваются гравитационными силами, как макароны.

Хейно Фальке, профессор радиоастрономии из Университета Неймегена и председатель научного совета EHT, говорит, что изображение показывает силуэт дыры на фоне окружающего свечения горизонта событий, когда весь материал втягивается в отверстие. В центре черной дыры находится гравитационная сингулярность, где вся материя раздавливается в бесконечно малом пространстве.

Поэхи находится на расстоянии 55 млн световых лет от Земли. Ее ширина составляет около 100 млрд км, что больше всей Солнечной системы и в 6,5 млрд раз больше массы Солнца.

Создав образ Поэхи, что раньше считалось невозможным, проект EHT совершил прорыв в изучении черных дыр, существование которых было трудно доказать. Снимок поможет физикам лучше понять, как функционируют черные дыры, а картина горизонта событий особенно важна для проверки общей теории относительности.

Черная дыра – это место в космосе, где гравитация настолько сильна, что ее не может преодолеть даже свет. Гравитационное притяжение имеет такую мощность, поскольку материя сжата в крошечном пространстве. Это может происходить, когда умирает звезда.

Поскольку не прорывается даже свет, люди не могут видеть черные дыры. Телескопы со специальными инструментами позволяют обнаружить космических монстров и увидеть, как звезды, которые находятся очень близко к черным дырам, функционируют иначе, чем другие небесные тела.

Черные дыры могут быть маленькими и большими. Ученые считают, что размер самых мелких бывает от одного атома до «целой горы».

Другой вид черных дыр называется звездным. Они могут быть в 20 раз больше массы Солнца. В Млечном Пути есть множество подобных объектов.

Самые большие черные дыры называются сверхмассивными. Их масса составляет более 1 млн Солнц. Ученые нашли доказательства того, что каждая большая галактика содержит сверхмассивную черную дыру в своем центре. В Млечном Пути это Стрелец А. Она имеет массу, равную примерно 4 млн Солнц, и находится внутри очень большого шара, который может вместить несколько млн таких планет, как Земля.

Исследователи считают, что самые маленькие черные дыры появились, когда образовалась Вселенная. Звездные формируются, когда разрушается центр очень большой звезды. Это приводит к рождению нового небесного тела, которое, взрываясь, частично выбрасывается в космос. Ученые полагают, что сверхмассивные черные дыры были созданы одновременно с галактикой, в которой они находятся.

Черная дыра не видна, потому что сильная гравитация притягивает весь свет к ее середине. Но исследователи могут видеть, как мощное гравитационное притяжение влияет на звезды и газ вокруг всепоглощающей воронки, и изучать звезды, чтобы узнать, летят ли они или вращаются вокруг нее.

Когда звезда находится близко к черной дыре, возникает высокоэнергетический свет. Его нельзя увидеть человеческим зрением. Чтобы его обнаружить, ученые используют спутники и телескопы.

Черные дыры не гуляют по космосу, питаясь звездами и планетами. Земля не упадет ни в одну черную дыру, потому что все они расположены вдали от Солнечной системы. Даже если бы на место Солнца пришла черная дыра той же массы, Земля все равно осталась бы на месте. У космического монстра была бы та же сила тяжести, что и у Солнца. Земля и другие планеты вращались бы вокруг черной дыры. Солнце никогда не превратится в черную дыру, будучи недостаточно большой звездой.

Брайан Грин, физик из Колумбийского университета, объясняет, как изображение Поэхи доказывает теорию Эйнштейна.

«Около ста лет назад Альберт Эйнштейн дал нам новое описание силы гравитации, которая оказывает свое влияние посредством перекосов и кривых в ткани пространства и времени. Всего пару лет спустя немецкий астроном Карл Шварцшильд каким-то образом завладевает рукописью Эйнштейна и осознает нечто удивительное. Если вы возьмете сферический объект и сожмете его до очень малого размера, согласно расчетам Эйнштейна, гравитационное притяжение будет настолько огромным, что ничто не сможет вырваться, даже свет, и это то, что мы подразумеваем под черной дырой», – рассказывает Грин.

«Когда Эйнштейн пришел к таким выводам, он не поверил. Он не думал, что эти объекты на самом деле существуют во Вселенной. Изображение Поэхи представляет собой первое прямое испытание теории Эйнштейна и гравитационного поля черной дыры, и, насколько мы можем судить, Эйнштейн снова оказался прав. В любом случае этот снимок является символом мощи человеческого интеллекта, способного исследовать, открывать и понимать космос», – подчеркивает астроном.

Эйнштейн в своей общей теории относительности нашел новый способ описания гравитации. Это была не сила, как предлагал Исаак Ньютон, а следствие искажения в пространстве и времени, которые рассматривались едино как пространство-время. Согласно Эйнштейну, материя и энергия существуют на фоне пространства и времени. Есть три пространственных измерения (назад-вперед, влево-вправо и вверх-вниз) и одно временное (которое течет со скоростью одна секунда в секунду). Объекты искажают структуру пространства-времени в зависимости от их массы – более массивные объекты оказывают большее влияние.

Таким образом, планеты, вращающиеся вокруг Солнца, им не притягиваются; они следуют за искривленной деформацией пространства-времени, вызванной Солнцем. Причина, по которой планеты никогда не падают на Солнце, заключается в скорости, с которой они движутся. Астрофизик Джон Арчибальд Уиллер, придумавший термин «черная дыра», кратко сказал: «материя говорит пространству-времени, как изгибаться, а пространство-время говорит материи, как двигаться».

Майкл Крамер, директор Радиоастрономического института имени Макса Планка, утверждает, что изображение Поэхи станет значительной исторической отметкой. «Теперь история науки будет разделена на период до этого снимка и после», – говорит Крамер.

В свою очередь, Йошиаки Танигучи из Открытого университета Японии считает, что снимок Поэхи заслуживает высшей научной награды. «У нас есть наглядное свидетельство того, чего раньше никогда не видели и на чем лишь основывались исследования и теории. Это определенно можно считать достойным Нобелевской премии», – полагает Танигучи.

https://marker.ua/sotsialnyj-blok/nauka/10424-pershe-zobrazhennya-chornoyi-diri-shho-tse-daye-nautsi/

https://www.nkj.ru/archive/articles/2927/