Правозащитний раздел Голоса Правды
Новини партнерів...
  • 1 Репост
Блоги журналистов

Первое фото чёрной дыры: почему с ним все так носятся?

Первое фото чёрной дыры: почему с ним все так носятся?

На сайте издания «Голос Правды» опубликована новая запись независимого журналиста Мирославы Бердник:


Первое фото чёрной дыры: почему с ним все так носятся?

Начнём с начала: что вообще представляет собой чёрная дыра? Согласно определению, это физическое тело, обладающее достаточно сильной гравитацией, чтобы удерживать любые приблизившиеся к нему объекты, включая даже свет. В терминах классической механики можно сказать, что для чёрной дыры вторая космическая скорость (то есть скорость, достаточная для того, чтобы движущийся объект смог улететь от данного небесного тела) равна скорости света. А так как быстрее света во Вселенной не движется вообще ничего, то улететь из чёрной дыры принципиально невозможно.

В целом, существование чёрных дыр было предсказано ещё 100 лет назад: к выводу о возможности существования таких объектов пришёл Карл Шварцшильд, решая гравитационные уравнения Эйнштейна. Впоследствии учёные неплохо описали закономерности существования таких объектов, разобрались, в каких условиях они могут возникать и тому подобное. Чёрные дыры стали такой «привычной» составляющей нашей картины мира, что в их существовании уже почти никто не сомневался: слишком уж хорошо предположение об их существовании описывало многие наблюдаемые процессы.

Однако между «могут существовать» (даже «должны существовать») и «существуют» есть большая логическая разница. Для того, чтобы уверенно заявлять о существовании объекта, его сначала надо пронаблюдать. А вдруг окажется, что на самом деле то, что мы считаем чёрными дырами в шварцшильдовском понимании – на самом деле некие совершенно иные объекты?

.
Но пронаблюдать чёрную дыру по объективным причинам сложновато: как увидеть то, что не испускает свет?

До сих пор чёрные дыры обнаруживали по их влиянию на другие тела – например, находящиеся достаточно близко к ним звёзды. Под действием гравитации чёрных дыр эти звёзды начинают двигаться иначе, и мы можем заметить такие искажения, оценить массу объекта, который их вызывает и то, где примерно он находится. И если в этом месте нет звёзд или других объектов, видимых в телескоп, то мы предполагаем, что там находится чёрная дыра. Но так ли это на самом деле? Со 100% уверенностью мы этого утверждать не могли. Чтобы снять неопределённость, было бы всё-таки очень желательно как-то пронаблюдать чёрную дыру, что называется вживую. Но как это сделать? Одна хитрость тут всё-таки была.

Да, чёрная дыра не излучает свет. Но иногда она становится причиной процессов, всё-таки сопровождающихся излучением. Одним из таких процессов является аккреция, то есть поглощение чёрной дырой вещества из окружающего пространства.

Дело в том, что всё во Вселенной куда-то движется, и более того: всё или почти всё вокруг чего-нибудь да вращается. Именно поэтому вещество падает на чёрную дыру (да и на любой другой гравитирующий объект) не прямо, а по спирали. В результате вокруг центра притяжения образуется нечто вроде водоворота из вещества, похожего на тот, который мы видим, выпуская воду из ванной (к слову, сходство это далеко не только внешнее). Этот водоворот, или, скорее, «веществоворот» астрономы называют аккреционным диском.

Первое фото чёрной дыры: почему с ним все так носятся?

Чем ближе к гравитирующему центру (в нашем случае, к чёрной дыре) тем быстрее вращается вещество в водовороте. Между внутренними, более быстро вращающимися слоями, и более медленными внешними возникает что-то вроде вязкого трения. Как и при любом трении, это трение поглощает часть кинетической энергии движения вещества и переводит его в теплоту. Аккреционный диск начинает нагреваться, а если процессы идут достаточно интенсивно, то и светиться. А если нечто светится, то мы – в теории – можем это пронаблюдать.

То есть, идея заключалась в том, чтобы попытаться увидеть аккреционный диск вокруг чёрной дыры – а сама дыра будет выглядеть тёмным пятном на фоне этого диска. Стоит оговориться, что речь идёт не о свете в бытовом понимании этого слова, а о радиоволнах, имеющих ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, но обладающих куда большей длиной волны. Благодаря этому радиоволны куда лучше распространяются в космосе: их не поглощают, к примеру, пылевые облака, непрозрачные для видимого света. Именно поэтому основным инструментом современной астрономии являются телескопы, работающие не с видимым светом, а с радиоволнами. В 99% случаев когда современный физик говорит «телескоп», он имеет в виду именно радиотелескоп. Так что в принципе средства «увидеть» аккреционный диск и чёрную дыру на его фоне у нас есть.

Однако это проще сказать, чем сделать.

Во-вторых, аккреционные диски хотя и светятся, но достаточно тускло – куда менее ярко, чем, к примеру, звёзды. Во-вторых, чёрные дыры, как мы уже говорили выше, достаточно редкое явление во Вселенной, и далеко не все из них в настоящий момент находятся в фазе активного поглощения вещества, сопровождающейся образованием аккреционного диска. В-третьих, чёрные дыры, как мы уже говорили выше, это достаточно маленькие объекты: чёрная дыра массой в 5-6 масс Солнца будет иметь размер всего в несколько десятков километров, т.е. будет примерно в 100 раз меньше Земли.

Все эти проблемы не позволяли получить изображение чёрной дыры. Но учёные работали над этим.

А чтобы дополнительно упростить себе задачу, решено было «фотографировать» не абы какие чёрные дыры, а самые крупные из них – так называемые сверхмассивные чёрные дыры, которые, согласно современным представлениям, находящиеся в центре всех или почти всех спиральных и эллиптических галактик. Есть такая чёрная дыра и в центре нашей галактики Млечный путь.

Слово «сверхмассивная» не вполне характеризует объекты, о которых идёт речь. Если обычные чёрные дыры, по всей видимости, имеют массу в несколько десятков масс Солнца, то сверхмассивные «чёрные сердца» галактик весят как миллионы или даже миллиарды (!) Солнц. К примеру, объект Стрелец А*, который, вероятно, является центром нашей галактики, весит около 4 миллионов солнечных масс. И это не предел: в центре галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники расположена чёрная дыра, масса которой, по всей видимости, составляет около 20 миллиардов (!) масс Солнца. Однако и эти космические чудовища имеют достаточно небольшие размеры: к примеру, Стрелец А*, по всей видимости, имеет радиус около 12 миллионов километров, то есть по размеру он всего-то в 20 раз больше Солнца. А расстояние до него составляет 25 тысяч световых лет. Рассмотреть такой «маленький» объект с такого колоссального расстояния практически невозможно: к примеру, видимые с Земли размеры того же Стрельца А* оказываются примерно в 20-30 миллионов раз меньше видимых размеров Луны. Наши телескопы попросту не обладают достаточной разрешающей способностью, чтобы сделать «фото» такого крошечного участка неба. Для этого нужен телескоп с «тарелкой» размером с Землю.

Конечно, строить подобный аппарат никто бы не стал. Вместо этого пошли по другому пути: использовали одновременно множество радиотелескопов, расположенных в разных концах земного шара, а затем с помощью специального алгоритма совместили полученную с них информацию. «Союз» астрономических лабораторий получил название коллаборации EHT.

Казалось бы, логично было выбрать в качестве «фотомодели» для первой фото сверхмассивной чёрной дыры именно дыру в центре нашей галактики. К сожалению, это было невозможно: нам ведь нужна не абы какая чёрная дыра, а та, которая находится в фазе активного поглощения вещества. «Наш» Стрелец А* же, к сожалению, в настоящий момент пассивен, хотя был активен в прошлом и, вероятно, может активизироваться в будущем – скажем, через пару десятков миллионов лет. Но мы же не готовы ждать, пока это случится?

Именно поэтому астрономы выбрали другой объект: самую крупную из ближайших к нам активных сверхмассивных чёрных дыр – центр галактики М87 (NGC 4486), расположенной на расстоянии в 53 миллиона световых лет. Масса данной чёрной дыры по оценкам составляет порядка 4 миллиардов масс Солнца, а кроме того, она весьма активна!

Кстати, как определить, активна ли данная чёрная дыра и есть ли у неё аккреционный диск, если «посмотреть» на неё мы не можем? Способ есть.

Ещё в 1918 году учёные обнаружили, что из центров некоторых галактик вырываются гигантские струи раскалённого газа (плазмы). Долгое время происхождение этих объектов (джетов, или релятивистских струй) оставалось загадкой. Более того, во многом то, как они образуются, остаётся загадкой и сейчас: изучение джетов является одним из наиболее актуальных направлений астрофизики наших дней. Однако физики предполагают, что джеты порождаются именно сверхмассивными чёрными дырами, и именно в моменты активного поглощения вещества из аккреционного диска. Проще говоря, если мы видим джет, исходящий из центра какой-то галактики, то мы можем предположить, что у тамошней чёрной дыры мы найдём и аккреционный диск.

Сама «фотосессия» происходила ещё в 2017 году. Результатом её стали «фотографии» объёмом в миллион гигабайт, над совмещением которых в одну картинку работали суперкомпьютеры всё это время. И вот – результат: одна из самых дорогих фотографий в истории человечества, стоимость которой составляет порядка 20 миллионов долларов США.

Что же нам это дало? На самом деле, очень многое.

Первое и самое главное: чёрная дыра на фото выглядит именно так, как мы и ожидали. Мы видим оранжевое пятно аккреционного диска, в центре которого виден тёмный круг – это, собственно, сама чёрная дыра. Присмотревшись повнимательнее, мы можем также увидеть линии струй-джетов. То есть, объект, выглядящий как чёрная дыра, располагается там, где мы ожидали найти чёрную дыру и при этом ведёт себя именно так, как положено вести себя чёрной дыре, предсказанной Шварцшильдом ещё 100 лет тому назад. Чёрные дыры – реальность. Теперь мы можем это утверждать.

Заодно это ещё раз подтверждает правильность наших представлений об устройстве окружающего мира – в частности, теории относительности Эйнштейна. Впрочем, в её истинности по большому счёту и так никто не сомневался, но ещё одно доказательство не помешает.

Узнали ли мы нечто новое? Скорее нет, чем да. Однако это свойство современного этапа развития физики: теоретические выкладки позволяют предсказать и даже описать многие явления задолго до того, как экспериментаторы создают устройства, способные их зафиксировать. Практика всегда догоняет теорию. Сегодня ей удалось «взять» очередную дистанцию. Так и работает современная физика.

Во-вторых, мы подтвердили нашу гипотезу о том, что именно сверхмассивные чёрные дыры являются ядрами галактик – а значит, вероятно, и нашей галактики тоже.

В-третьих, мы получили новый мощный инструмент изучения окружающего мира, с помощью которого мы сможем рассмотреть повнимательнее не только чёрные дыры, но и другие неразличимые для нас ранее объекты. Уже сегодня говорят о том, что успех коллаборации EHT сподвигнет и другие астрономические лаборатории присоединиться к проекту, что позволит увеличить возможности проекта и дать его членам возможность рассмотреть поближе и другие малоизвестные объекты во Вселенной.

Ну и потом: разве не прикольно посмотреть на фотографию одного из самых удивительных объектов в нашей Вселенной, свет от которого шёл к нам 55 миллионов лет?

Источник
.

Вы можете прочитать эту запись в «Живом Журнале» Мирославы Бердник, а также оказать автору финансовую поддержку.

 Об авторе:
МИРОСЛАВА БЕРДНИК
Независимый журналист
Все публикации автора »»
Читайте «Голос Правди» у «Facebook»

Читайте та обговорюйте найцікавіші публікації «Голосу Правди» в наших групах у «Facebook», «ВКонтакте», «Однокласники», «Telegram» і «Twitter». Щоранку ми розсилаємо популярні новини на пошту – підпишіться на розсилку. Ви можете зв'язатися з редакцією сайту через розділ «Повідомити Правду».


Знайшли на сайті орфографічну помилку? Виділіть її мишою і натисніть Ctrl+Enter.




  1. 5
  2. 4
  3. 3
  4. 2
  5. 1
(0 голос., рейтинг: 0)
Блоги журналистов
Auto-Translate
AfrikaansAlbanianArabicArmenianAzerbaijaniBasqueBelarusianBulgarianCatalanChinese (Simplified)Chinese (Traditional)CroatianCzechDanishDutchEnglishEstonianFilipinoFinnishFrenchGalicianGeorgianGermanGreekHaitian CreoleHebrewHindiHungarianIcelandicIndonesianIrishItalianJapaneseKoreanLatvianLithuanianMacedonianMalayMalteseNorwegianPersianPolishPortugueseRomanianSerbianSlovakSlovenianSpanishSwahiliSwedishThaiTurkishUrduVietnameseWelshYiddish
Партнер
Олесь Бузина
Тема дня