The Event Horizon Telescope (EHT) — a planet-scale array of eight ground-based radio telescopes forged through international collaboration — was designed to capture images of a black hole. In coordinated press conferences across the globe, EHT researchers revealed that they succeeded, unveiling the first direct visual evidence of the supermassive black hole in the centre of Messier 87 and its shadow. The shadow of a black hole seen here is the closest we can come to an image of the black hole itself, a completely dark object from which light cannot escape. The black hole’s boundary — the event horizon from which the EHT takes its name — is around 2.5 times smaller than the shadow it casts and measures just under 40 billion km across. While this may sound large, this ring is only about 40 microarcseconds across — equivalent to measuring the length of a credit card on the surface of the Moon. Although the telescopes making up the EHT are not physically connected, they are able to synchronize their recorded data with atomic clocks — hydrogen masers — which precisely time their observations. These observations were collected at a wavelength of 1.3 mm during a 2017 global campaign. Each telescope of the EHT produced enormous amounts of data – roughly 350 terabytes per day – which was stored on high-performance helium-filled hard drives. These data were flown to highly specialised supercomputers — known as correlators — at the Max Planck Institute for Radio Astronomy and MIT Haystack Observatory to be combined. They were then painstakingly converted into an image using novel computational tools developed by the collaboration.
Журнал Science назвал главным научным прорывом 2019 года первую в истории фотографию тени черной дыры, полученную коллаборацией Event Horizon Telescope при помощи глобальной сети телескопов. Об этом говорится в сообщении на сайте издания.
Отметим, что черные дыры были предсказаны более ста лет назад в рамках Общей теории относительности, однако долгое время астрономы имели только косвенные доказательства их существования, и лишь недавно, благодаря развитию методик наблюдений и обработки данных, ученые смогли получить прямое свидетельство реальности подобных тел во Вселенной: в апреле этого года коллаборация EHT (Event Horizon Telescope) опубликовала первое в истории изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре активной галактики M87, расположенной на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Солнца.
Под «тенью» черной дыры подразумевается особый регион в ее окрестностях, где можно увидеть границу ее горизонта событий, то есть границу той зоны, попав в которую, ни свет, ни любой материальный объект вырваться из нее уже не может.
На данной gif-анимации показан путь фотонов, двигающихся по направлению к наблюдателю от сверхмассивной черной дыры в галактике М87. Основная масса фотонов, условно приходящих от черной дыры, испускается ее аккреционным диском — вращающимися вокруг нее частицами газа и пыли, которые, двигаясь с огромной скоростью, трутся друг об друга и разогреваются до сверхвысоких температур, из-за чего начинают исключительно сильно светиться. При этом до Земли долетают не все фотоны, а только те, которым посчастливилось обогнуть сферу горизонта событий, несмотря на притяжение со стороны черной дыры, и устремиться к наблюдателю. Фотоны, пересекшие границу данной сферы, остаются в ней и для внешнего наблюдателя пропадают из виду — вследствие этого сфера горизонта событий кажется для нас «черным провалом» на ярком фоне, а кроме того, по этой причине запечатлеть на фото то, что находится «внутри» горизонта событий, включая непосредственно саму черную дыру, не представляется возможным.
В общей сложности в исследовании EHT участвовали восемь обсерваторий, расположенные в разных уголках земного шара и работавшие как один единый телескоп, функционирующий на длине волны 1,3 миллиметра. Благодаря этому астрономам удалось достичь огромного по нынешним технологическим меркам углового разрешения 20 микросекунд.
«Видеть — значит верить. Этот снимок — не просто выдающийся пример научных прорывов. Скептики часто закатывают глаза, когда слышат, как ученые рассказывают о существовании неких процессов или объектов, которые нельзя увидеть. Теперь у них появилась возможность лицезреть один из подобных объектов, который играет важнейшую роль в эволюции галактик», — заявил главный редактор Science Голден Торп.
Помимо чисто визуальной ценности, данный снимок несет и научную. Так, фотография позволила ученым установить, что форма запечатленной тени в целом соответствует предсказанной Общей теорией относительности и тем самым подтверждает ОТО. Также при помощи изображения тени ученые сумели более точно рассчитать параметры сверхмассивной черной дыры в галактике М87, такие как ее масса и угловой момент. Наконец, используя данные, стоящие за снимком, астрономы уточнили ограничение на массу частиц темной материи, исключив легкие аксионы с массами в диапазоне между 8,5×10−22 и 4,6×10−21 электронвольт.
«Это был великий год для науки, но что может быть удивительнее, чем увидеть черную дыру? Это звучит как магия, но это был поистине удивительный подвиг командной работы и технологий», — комментирует Тим Аппенцеллер, новостной редактор Science.
«Первое изображение тени черной дыры — самый что ни на есть научный прорыв. Думаю, Альберт Эйнштейн и Карл Шварцшильд — ученые, чьи работы сто лет назад заложили основу современной концепции черных дыр, — были бы рады узнать, что их суждения касательно черных дыр подтвердились», — отметил, в свою очередь, ученый Авраам Леб, заведующий кафедрой астрономии Гарвардского университета.
Напоследок добавим, что по итогам голосования, проведенном среди читателей журнала Sciencе, открытием года, однако, стало обнаружение останков денисовского человека не в Денисовой пещере. Второе место заняли препараты для лечения лихорадки Эбола, а изображение тени черной дыры заняло лишь третье место, набрав 15% от общего числа голосов.
Источник: N+1