Понять непостижимое: в чем секрет черных дыр
Для наблюдения за ней несколько лет назад был запущен громадный радиоинтерферометр EHT — «телескоп размером с Землю». Но первой добычей нового инструмента оказалась сверхмассивная черная дыра галактики M87. Она расположена в тысячи раз дальше Стрельца А*, зато и в тысячи раз крупнее него. Обработка полученных еще в 2017 году данных заняла около двух лет, однако дело того стоило: «Это как заглянуть во врата ада, за пределы пространства и времени», — описал свои впечатления один из авторов этой грандиозной работы. Давайте полюбопытствуем вместе.
Галактика M87
Галактика M87, одна из крупнейших в местной Вселенной, расположена на расстоянии около 54 млн световых лет. Сверхмассивная черная дыра M87* в ее центре насчитывает 6,5 млрд масс Солнца и ежедневно поглощает 90 масс Земли (одну массу Солнца примерно за 10 лет).
Расшифровку пунктов 1−4 можно прочитать ниже
1. Горизонт событий — воображаемая линия, оказавшись за которой ничто не может вернуться обратно. Горизонт событий черной дыры имеет характерный размер — гравитационный радиус. Пересекая его, все объекты уходят за пределы наблюдаемой Вселенной, исчезая в сингулярности. Гравитационный радиус черной дыры M87* составляет 0,019 светового года, более чем в сто раз превышая орбиту Земли.
2. Аккреционный диск материи, падающей в черную дыру: ускоряясь и раскаляясь, вещество активно излучает в широком диапазоне волн, позволяя увидеть если не саму дыру, то ее ближайшие окрестности. Аккреционный диск сверхмассивной черной дыры M87* тянется на 0,4 светового года — в тысячи раз дальше орбиты Плутона.
Яркая сторона аккреционного диска движется в нашу сторону и благодаря релятивистскому красному смещению становится лучше видимой. Диск черной дыры М87* вращается на скорости порядка 1000 км/с.
3. Релятивистские струи появляются при взаимодействии аккрецирующей плазмы с магнитными полями. Часть вещества на околосветовой скорости выбрасывается из полюсов диска двумя узкими противоположно направленными потоками. Сверхмассивная черная дыра M87* выбрасывает джеты длиной до 5000 световых лет. Один из них направлен в нашу сторону и виден в оптическом диапазоне.
4. Фотонная сфера образуется светом, оказавшимся на круговой орбите вокруг черной дыры. Положение попавших сюда частиц неустойчиво, и, совершив один или несколько оборотов, они неизбежно падают в недра дыры или уходят по спирали в космическое пространство.
Расшифровку пунктов 1−2 можно прочитать ниже
1. Тень дыры возникает из-за искривления траектории фотонов, пролетающих невысоко над сферой горизонта событий. Ее размеры примерно в 2,6 раза больше гравитационного радиуса черной дыры.
2. Обратная сторона аккреционного диска видна из-за мощного гравитационного линзирования. Некоторые фотоны с противоположной стороны черной дыры огибают сферу горизонта событий, и становятся видны дальние стороны аккреционного диска — верхняя и нижняя.
Event Horizon Telescope (EHT) объединяет сеть мощных радиотелескопов, работающих в разных уголках планеты, в единый интерферометр со сверхдлинной базой. Их наблюдения синхронизируются по точным атомным часам наблюдения и объединяются с помощью долгих вычислений на суперкомпьютерах, позволяя получать изображения с огромным разрешением. Видимый размер горизонта событий M87* составляет всего 7 угловых микросекунд — в десятки миллионов раз меньше диска полной Луны, достигнутое EHT разрешение — 20 микросекунд (на длине волны 1,3 мм). Планируется, что в будущем телескопы EHT (пурпурные) смогут провести съемку сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, а телескопы, объединенные в интерферометр GMVA (желтые), рассмотрят окружающий ее аккреционный диск.
Обсудить 0
