Тень пустоты: почему ученые пока не увидели черную дыру в центре Галактики

МОСКВА, 12 апр – РИА Новости. Юрий Ковалев, заведующий лабораториями в ФИАН и МФТИ, рассказал, почему первые фотографии "тени" сверхмассивной черной дыры важны для науки и назвал причины того, почему ученым пока не удалось получить аналогичные снимки для объекта Sgr A* в центре Млечного Пути.

"Я глубоко рад за коллег из проекта Event Horizon Telescope. Это действительно очень важный результат. В чем-то его можно сравнить с открытием гравитационных волн, произошедшим четыре года назад. Не будем обсуждать, какое из них важнее, но и то и другое не только подтверждает наше понимание основ мироздания, но и станет фундаментом для будущих исследований", — заявил астрофизик.

В среду астрономы из проекта Event Horizons Telescope, где были объединены мощности самых чувствительных миллиметровых радио-обсерваторий мира в Чили, Испании, Калифорнии, в Аризоне, на Гавайских островах и даже на южном полюсе Земли, объявили об "эпохальном открытии".

Им удалось получить первые фотографии так называемой "тени" сверхмассивной черной дыры, расположенной в центральной части галактики M87 в созвездии Девы. Так ученые называют особую область пространства в окрестностях черной дыры, где будет возникать своеобразное "отражение" ее горизонта событий благодаря эффекту гравитационного линзирования.

По сравнению с размерами диска аккреции — "бублика" из перемолотой материи, которую постепенно поглощает черная дыра — она будет очень небольшой. При этом ее можно увидеть в особенно крупный и чувствительный радиотелескоп при достаточно большой массе объекта – черная дыра в центре M87 тяжелее Солнца примерно в 6,5 миллиарда раз, а также небольшом расстоянии до него — 53 миллиона световых лет — и определенной доле удачи.

По следам Эйнштейна

Как предсказывает теория относительности, тень черной дыры будет похожа на темный круг, окруженный полумесяцем из яркого света. Далеко не все ученые были в прошлом согласны с подобными оценками, считая, что объекты в центрах галактик могут иметь более экзотическую природу или не существовать в принципе.

Снимки, полученные в рамках EHT, разрешили эти споры, в целом подтвердив предсказания Эйнштейна, что Хайно Фальке, один из лидеров проекта в Европе, назвал началом "новой эпохи" в истории астрономии в целом и изучения черных дыр в частности.

«

"Уже десятки лет все астрофизики и другие ученые, изучающие тайны Вселенной практически ежедневно используют понятие "черная дыра" в своей работе. Никто не сомневается в том, что существуют как черные дыры звездной массы, так и сверхмассивные объекты в центре Млечного Пути и других галактик. Они давно стали базой для многих теорий", — продолжает Ковалев.

Как отмечает астрофизик, проблема заключалась в том, что до настоящего времени мы не видели черных дыр и их главного проявления в окружающем мире, которое позволяет отличить их от других экзотических объектов – горизонта событий.

"Проверка того, что в центрах галактик действительно есть объекты, обладающие горизонтом событий, была главной задачей EHT. Именно так мы могли подтвердить те теории, на которых строится наше понимание устройства Вселенной. Теперь мы можем задуматься о решении следующей важнейшей задачи — проверке общей теории относительности в сильном гравитационном поле, наблюдая за поведением излучения в непосредственной окрестности горизонта событий", — пояснил ученый.

При этом, как подчеркнул Ковалев, те данные, которые получили участники Event Horizons Telescope и представили в минувшую среду, очень ограниченно можно использовать для подобных проверок. Для этого необходимы более точные и детальные замеры, которые можно пока провести только для одного объекта.

«

"Важно, что при объявлении открытия коллеги говорили только об одном объекте – сверхмассивной черной дыре в галактике M87. Они не упоминали второй, еще более интересный объект наблюдений, который изначально был одной из двух целей EHT. Речь идет об Sgr A*, черной дыре в центре нашей Галактики", — отметил исследователь.

Этот выбор двух кандидатов не случаен. За прошлые десятилетия ученые достаточно точно измерили массу черных дыр и в центре Млечного Пути, и в центре M87. Эти оценки были нужны для вычисления размеров их "теней", оказавшихся достаточно большими для того, чтобы их мог увидеть "виртуальный" радиотелескоп размером с Землю на длине волны в 1,3 миллиметра.

Как считает российский астрофизик, то, что участники Event Horizons Telescope получили фотографию "тени" сверхмассивной черной дыры в созвездии Девы и представили ее на пресс-конференциях, но ничего не рассказали о наблюдениях за Sgr A*, говорит о том, что им не удалось увидеть ореол вокруг центра Галактики.

Космическая удача

«

"Означает ли это, что в центре Млечного Пути нет черной дыры? Это крайне сомнительно. Скорее всего, у этой неудачи есть две причины, с которыми мы уже столкнулись во время работы "Радиоастрона". Эти проблемы, как мы предположили, будут важны для поисков тени объекта в созвездии Стрельца", — объясняет Ковалев.

Дело в том, что российский наземно-космический интерферометр "Радиоастрон" шесть лет назад столкнулся с необычным свойством межзвездной среды во время наблюдений за пульсарами, о котором раньше ученые не подозревали.

Оказалось, что когда разрешение и размеры этого виртуального радиотелескопа становятся достаточно высокими, пульсары перестают быть похожими на яркие пятна и точки. Их излучение рассыпается на набор "игл" из-за взаимодействия с "линзами", сгустками межзвездной плазмы, на пути к нашей планете. Еще тогда, как отметил Ковалев, команда "Радиоастрона" предположила, что этот эффект будет мешать изучению центра Млечного Пути.

Вдобавок, этим наблюдениям, по его словам, может мешать и то, что в центре Млечного Пути постоянно происходят очень быстрые взрывные процессы, вспышки, которые длятся считанные мгновения по космическим меркам.

«

"Нужно понимать, что за те часы, когда телескопы собирают данные, синтезируя гигантский виртуальный телескоп, изображение той части Галактики, где находится центральная черная дыра, значимым образом меняется. Как я понимаю, это и была основная проблема, которая помешала команде EHT увидеть ее тень", — отмечает астроном.

Подобная неудача, по словам Ковалева, заметно ограничивает возможности ученых по проверке теории Эйнтшейна, так как Sgr A* пока остается единственной сверхмассивной черной дырой, чья масса известна человечеству с достаточно высокой точностью благодаря многолетним наблюдениям за соседними звездами. Такие наблюдения фактически невозможно провести для других галактик.

"Те результаты, которые сегодня есть у ученых, подтверждают существование черных дыр, построенных на базе Общей теории относительности, но не позволяют провести более тонкую ее проверку. Астрофизикам нужна именно черная дыра в центре Млечного Пути, чтобы двигаться дальше. Эту задачу, скорее всего, будут решать наземно-космические интерферометры. И коллеги активно обсуждают подобные планы", — отметил астрофизик.

Первые попытки провести подобные наблюдения уже проводились в рамках "Радиоастрона" в феврале 2013 года, когда российский орбитальный радиотелескоп "Спектр-Р" и ряд крупнейших наземных обсерваторий провели сессию наблюдений за центром галактики M87.

"Наш проект, "Радиоастрон" сделал много важных открытий, но он, к сожалению, не смог увидеть "тень" черной дыры. Почему? Угловое разрешение у нас было сравнимо или даже лучше, однако доступный нам диапазон радиоволн был в 10 раз длиннее, чем у EHT. В результате, нам помешало поглощение радиоволн в центре М87. Оно тем сильнее, чем ниже частота излучения", — объясняет Ковалев.

Эти результаты, как считает астрофизик, говорят о том, что центр галактики M87 просто не пропускает волны сантиметровой длины, с которыми работает "Радиоастрон".

Новые наземно-космические интерферометры, включая российский "Миллиметрон", работающие на более высоких частотах и учитывающие все "шишки", набитые и российскими и зарубежными телескопами, как надеется Ковалев, решат эту задачу. Именно они сделают действительно новый "эпохальный шаг", как выражались участники EHT, получив первые фотографии тени черной дыры в центре Млечного пути.