Недавно группа ученых-астрономов опубликовала снимок, который является первым в истории изображением горизонта событий сверхмассивной черной дыры, полученным путем прямой съемки. Эта черная дыра расположена в пределах галактики M87, и она была запечатлена при помощи целой сети мощных наземных обсерваторий, объединенных в один виртуальный телескоп, размер которого равен размеру нашей планеты.
Отметим, что черные дыры представляют собой области пространства, в которых материя «упакована» настолько плотно, что ничто на свете, даже свет, не может преодолеть гравитационного влияния этой материи. Эти космические левиафаны способны не только «сожрать» близлежащие звездные системы, самые большие из них могут полностью очистить от любой материи достаточно большую область прилегающего к ним космического пространства. Несмотря на массу исследований в данном направлении, черные дыры так и остаются пока одними из самых загадочных объектов нашей Вселенной.
У ученых имеются доказательства, что самые большие черные дыры располагаются в центральных областях самых больших галактик. Они, точнее оказываемое ими влияние на все окружающее, играет очень важную роль в процессе формирования и дальнейшего развития галактики. В центре галактики Млечного Пути, на удалении 26 тысяч световых лет от Земли, находится «наша собственная» черная дыра Sagittarius A* (Sgr A*). Масса этого монстра превышает массу Солнца в 4 миллиона раз, а его размеры превышают размеры нашей звезды в 30 раз.
Изучению черных дыр препятствует то, что до последнего времени у ученых не имелось возможности производить прямые наблюдения за этими объектами. Все данные, которые были собраны за предыдущие времена, являлись результатами косвенных наблюдений, наблюдений за областями пространства, находящимися в непосредственной близости от горизонта событий, и происходящими там явлениями.
Данные, которые были использованы для получения первого «прямого» снимка черной дыры, были получены еще в апреле 2017 года при помощи сети из восьми радиотелескопов, которые сформировали один большой виртуальный телескоп Event Horizon Telescope (EHT). Угловое разрешение этого телескопа составило 20 угловых микросекунд, что более чем в 3 миллиона раз лучше, чем угловое разрешение самого зоркого человеческого глаза. Такое угловое разрешение, к примеру, позволило бы прочитать текст SMS-сообщения на экране мобильного телефона человека, находящегося в Париже, из наблюдательного пункта в Нью-Йорке.
В 2017 году телескоп EHT был сфокусирован на районе расположения черной дыры в галактике M87, которая находится в районе скопления галактик Девы на удалении порядка 55 миллионов световых лет от Земли. Результаты этих наблюдений были опубликованы лишь недавно из-за того, что огромное количество собранной информации физически невозможно передать через нынешний Интернет. Вместо передачи по сети, данные записывались на жесткие диски, которые свозились в два датацентра в США и Германии, где и производилась их обработка. Эта обработка заключалась в тщательной синхронизации, калибровке и объединении, а для выполнения всего этого использовались мощности суперкомпьютера.
Как только процесс объединения и предварительной обработки данных был закончен, они были переданы четырем независимым группам ученых, которые занялись синтезом конечного изображения при помощи различных алгоритмов, разработанных специально для этой задачи. Каждая из этих групп провела предварительную проверку своих алгоритмов, которая позволила удостовериться, что на основе данных будет воссоздано точное визуальное изображение черной дыры. И в результате работы все четыре группы получили практически одинаковые изображения, отличающиеся некоторыми несущественными мелкими деталями.
То, что мы видим на первом снимке, кажется немного искривленным огненным кольцом, окружающим круглый черный центр. Это кольцо состоит из разогретого до огромных температур материала, который начал процесс падения сквозь горизонт событий черной дыры, который видим в виде четкой границы. Искажения формы кольца материи называются «тенью» черной дыры, она, эта тень, является эффектом от влияния гравитационного преломления проходящего света. Используя собранные данные, ученые рассчитали, что масса этой черной дыры-монстра превышает массу Солнца в 6.5 миллиардов раз.
Полученное изображение является первым реальным доказательством существования горизонта событий черной дыры. При этом, практически все параметры горизонта событий находятся в полном соответствии с предсказаниями Общей теории относительности Альберта Эйнштейна.
«Черная дыра галактики M87 немного больше, чем орбита Нептуна, которому требуется около 200 лет, чтобы совершить один оборот вокруг Солнца» — рассказывает Джеффри Крю (Geoffrey Crew), ученый-астроном из обсерватории Массачусетского технологического института, — «И если бы такая планета, как Нептун, начала вращаться вокруг черной дыры M87, она, из-за гравитационных сил, двигалась бы со скоростью, близкой к скорости света, совершая один оборот в течение одной недели».
А в скором времени ученые планируют закончить калибровку и сведение изображения «нашей» черной дыры Sgr A*, которая также была снята телескопом EHT в 2017 году.
