Мощный радиотелескоп поможет ученым увидеть черную дыру


В прошлом году исследователи впервые «услышали» черные дыры, обнаружив гравитационные волны, образовавшиеся после столкновения двух таких объектов. Теперь же они хотят воочию увидеть черную дыру, или хотя бы ее силуэт.

В следующем месяце, астрономы собираются использовать радиотелескопы по всему земному шару, чтобы создать эквивалент единого «планетарного» инструмента, который позволит им получить изображения черных дыр путем подсветки огромного облака газа и звездного вещества, которое вращается вокруг них. Их цель — сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути, известная как Стрелец А* (Sgr A*), а также еще более массивный объект в соседней галактике М87.

Более ранние наблюдения с использованием Event Horizon Telescope (EHT) дали весьма интригующие результаты, однако в том месте, где на фотографии должны были быть черные дыры, остались безликие пятна. Впервые за этот год, EHT получит поддержку от лабораторий в Чили и Антарктиде, и эта дополнительная мощность поможет ему повысить разрешение изображения. Астрономы надеются увидеть, как черные дыры собирают плавающий вокруг них газ в плотные структуры и извергают длинные струи звездного вещества. Они также надеются наметить фокус и форму горизонта событий и проверить то, работает ли общая теория относительности Альберта Эйнштейна в таких экстремальных условиях.

EHT сможет захватить цель лишь раз в году, при условии хорошей погоды и того положения, при котором обе черные дыры хорошо видны в обсерваториях по всему земному шару. В этом году команда будет наблюдать за небом в течение 5 ночей из 10-дневного рабочего «окна» в период с 5 по 14 апреля. Затем начнется работа по интенсивной обработке данных, которая может занять год или даже больше, в зависимости от результатов съемок. Директор EHT, Шен Дольман из обсерватории MIT в Вестфорде шутит, что это «удовольствие, отложенное на длительный срок, которое будет вознаграждено в квадрате».

Визуализация черных дыр является сложной задачей не только потому, что их интенсивная сила притяжения захватывает даже фотоны света. Основная проблема заключается в том, что эти объекты на удивление малы: Sgr A* обладает массой четырех миллионов Солнц (!), но ее горизонт событий составляет всего 24 миллиона километров в поперечнике, что всего в 17 раз шире Солнца. Для того, чтобы увидеть что-то настолько маленькое (по космическим меркам) на расстоянии 26 000 световых лет от нас, требуется телескоп воистину глобальной мощности.

В оптическом диапазоне волн, черная дыра скрыта от нас пеленой пыли и газа, затемняющей сердце галактики. Радиоволны пройдут сквозь нее гораздо легче, но даже им до сих пор мешают ионизированные газовые облака. Лучшие телескопы, чувствительные к кратчайшим (миллиметровой длины) радиоволнам были разработаны лишь за последние несколько десятилетий. В начале 2010-х, Дольман и другие исследователи, работающие на EHT, начали проверять идею с такой аппаратурой на Гавайях, в Калифорнии и Аризоне. Позже они расширили массив, чтобы включить в него знаменитый Large Millimeter Telescope из Мексики. В результате было получено приемлемое изображение черной дыры из M87, но понять, как именно черные дыры закручивают и нагревают газовые облака, ученые до сих пор так и не смогли.

Однако чтобы увидеть сам горизонт событий, EHT должен стать еще мощнее. За несколько лет он вырос из плохо финансируемой авантюры в проект международного значения, поддерживаемый 30 крупными научными учреждениями в 12 странах. В следующем месяце к нему подключат итальянский телескоп Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) в Чили, что на несколько порядков повысит чувствительность EHT.

Вы можете более подробно ознакомиться со стратегией и планами астрономов в обзорной статье на портале журнала Science.

©  Популярная Механика