В галерее астрономических портретов чёрных дыр появилось красивое дополнение. Астрономы наконец полностью обработали изображение сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей галактики. Эта чёрная дыра, известная как Стрелец A* (произносится «Стрелец А со звёздочкой»), выглядит как тёмный силуэт на фоне окружающего её светящегося материала.
Изображение показывает турбулентную область вокруг чёрной дыры в новых деталях, что может помочь учёным лучше изучить сверхмассивную чёрную дыру Млечного Пути, а также другие подобные объекты.
Новое изображение было представлено 12 мая. Исследователи объявили о новом изображении на серии пресс-конференций по всему миру. «На изображении видно яркое кольцо, окружающее тьму, что является явным признаком силуэта чёрной дыры», — сказала Ферьял Озель на пресс-конференции в Вашингтоне. Она работает астрофизиком в Аризонском университете в Тусоне, а также является частью команды, которая сделала новый портрет чёрной дыры.
Для того чтобы так хорошо рассмотреть Стрельца А* потребовалась обсерватория планетарного масштаба. Эта сеть телескопов называется Event Horizon Telescope, или EHT. Ранее с её помощью было сделано первое изображение чёрной дыры, которая находится в центре галактики M87, на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли. Этот снимок, конечно же, стал историческим.
Но Стрелец A* принадлежит Млечному Пути, что придаёт ей особое место в сердцах астрономов и делает её уникальным местом для изучения физики нашей Вселенной.
Находящаяся на расстоянии 27 000 световых лет Стрелец A* является
ближайшей к Земле гигантской чёрной дырой. Это самая изученная сверхмассивная чёрная дыра во Вселенной. Тем не менее Стрелец A* и другие подобные ей объекты остаются одними из самых загадочных. Всё потому, что, как и все чёрные дыры, Стрелец А* является настолько плотным, что его гравитация захватывает свет, попадающий в пределы границы, называемой горизонтом событий. При этом изображения Стрельца A* и чёрной дыры M87, сделанные EHT, показывают свет который исходит от вещества, закручивающегося вокруг чёрной дыры.
Стрелец A* «питается» материалом, испускаемым массивными звездами в центре галактики. Газ притягивается сверхсильной гравитацией, но он не просто падает прямо в чёрную дыру, а кружится вокруг Стрельца А*. Этот процесс похож на то как вода закручивается в водосточной трубе, но это происходит в космическом масштабе, образуя диск из светящегося материала, называемый аккреционным диском. Силуэт чёрной дыры на фоне этого светящегося диска — это то, что показано на изображениях чёрных дыр. И это именно то место, где происходит большая часть всего действа.
Что особенно интересно в аккреционном диске Стрельца A*, так это то, что по стандартам чёрных дыр такого масштаба он довольно спокойный. Для сравнения чёрная дыра галактики M87 это монстр который так яростно поглощает близлежащий материал, что выбрасывает огромные струи плазмы. При этом не стоит думать, что Стрелец A* это «скучная чёрная дыра». На самом деле аккреционный диск вокруг Стрельца A* постоянно мерцает, кипит и, по словам учёных, похож на пену океанских волн, при этом учёные пытаются понять действия волн под этой «пеной». То есть фактически они пытаются исследовать поведение материала, который находится близко к горизонту событий этой чёрной дыры, при этом большой вопрос заключается в том, сможет ли EHT увидеть изменения в этих «волнах», полный анализ которых ещё продолжается.
Фото: eso.org
Сам телескоп Event Horizon состоит из радиообсерваторий по всему миру, комбинируя данные с которых исследователи могут заставить сеть действовать как один телескоп размером с Землю. Каждую весну (при подходящих условиях) EHT всматривается в несколько удаленных чёрных дыр и пытается их сфотографировать. При этом новое изображение Стрельца A* получено из данных EHT, собранных в апреле 2017 года.
В том году сеть собрала колоссальные 3,5 петабайта данных об этой чёрной дыре. Для сравнения это примерно объем 100 миллионов видео TikTok.
Используя эти данные, исследователи начали собирать воедино картину Стрельца A*. Чтобы выделить нужное изображение из огромного массива данных, потребовались годы работы с применением сложных компьютерных симуляций. Также потребовалось добавить данные с других телескопов, при этом такой «многоволновой» подход имел решающее значение. Ведь глядя на световые волны по всему спектру, учёным удалось составить полную картину.
Однако, несмотря на то, что Стрелец A* находится так близко к Земле, его изображение было труднее получить, чем изображение чёрной дыры галактики M87. Проблема заключалась в постоянной изменчивости аккреционного диска Стрельца A* из-за чего его внешний вид меняется каждые несколько минут. Для сравнения, внешний вид чёрной дыры M87 меняется в течение нескольких недель. По словам учёных сфотографировать Стрелец A* «было всё равно, что пытаться сделать чёткий снимок бегущего ребенка ночью». При этом новое изображение Стрельца A* оправдало ожидания, ведь оно не просто отражает более полную картину сердца нашей родной галактики, но также помогает проверить фундаментальные положения физики. К примеру, новые наблюдения EHT подтверждают, что масса Стрельца A* примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, при этом вся масса довольно компактно «упакована». Так, если бы чёрная дыра оказалась на месте нашего Солнца, то её силуэт, который запечатлел EHT, соответствовал бы орбите Меркурия.
Исследователи также использовали изображение Стрельца A* для проверки общей теории относительности Эйнштейна. Ведь проверка этой теории на примере чёрных дыр может помочь выявить любые скрытые недостатки. Но в данном случае теория Эйнштейна подтвердилась, ведь размер силуэта Стрельца А* был именно таким, каким его предсказывала общая теория относительности.
Исследователи также проверили теорию Эйнштейна, отслеживая движение звёзд, вращающихся очень близко к чёрной дыре (кроме того это исследование помогло подтвердить, что Стрелец A* действительно является чёрной дырой).
По словам Туан До (астрофизика из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе), новая проверка теории относительности с использованием изображения Стрельца А* дополняет предыдущие позволяя использовать несколько подходов, таким образом если результаты одной проверки, вдруг, противоречат общей теории относительности, то следующая позволяет перепроверить эти результаты. Тем не менее, есть одно важное преимущество в процессе проверки общей теории относительности при помощи нового изображения EHT, ведь глядя на такую экстремальную область гравитации, можно обнаружить намеки на физику, которая находится за пределами общей теории относительности.
Новое изображение пробуждает воображение, но это не последнее изображение Стрельца A* с EHT, ведь сеть телескопов наблюдала чёрную дыру также в 2018, 2021 и 2022 годах, и эти данные всё ещё анализируются. Стрелец A* ближайшая к нам сверхмассивная чёрная дыра, наш самый близкий друг и сосед, которого мы изучали годами, таким образом полученное изображение является впечатляющим дополнением к нашему представлению об этой чёрной дыре, в которую, по словам учёных, они все влюбились.