Людство може незабаром отримати перше зображення чорної діри. Науковці, які працюють з Event Horizon Telescope (EHT, «Телескоп горизонту подій»), оголосили про те, що вони проведуть прес-конференцію в середу, 10 квітня. На ній, як всі очікують, буде показано результат їхніх багаторічних пошуків з метою отримати зображення чорної діри.

Зображення, отримане шляхом моделювання, того, що може знайти телескоп Event Horizon Telescope. Фото з сайту http://astronomy.com.

Який вигляд матиме це зображення, поки невідомо. Але науковці вважають, що вони мають гарне уявлення про те, яким воно може бути. Протягом багатьох років астрономи проводили моделювання чорних дір, засновані на законах фізики та кількох основних припущеннях про те, що відбувається поблизу сингулярності. Отримані з допомогою таких моделей зображення пропонують попередній вигляд того, що ми можемо очікувати побачити наступного тижня, коли оприлюднять реальну картину.

Модель — це не справжня чорна діра. Але тільки вони досі давали змогу отримувати деякі з найреалістичніших зображень чорних дір.

Зображення чорної діри в галактиці М87, отримані з допомогою комп’ютерного моделювання. Світлина праворуч ближча до того, що ми можемо побачити. Фото з сайту http://astronomy.com.

Моделювання чорних дір

Подане вище зображення підготовив Ендрю Чал (Andrew Chael), астрофізик Гарвардського університету, який причетний до роботи з EHT. Він використовував дані, які імітують те, що на думку науковців збере телескоп для створення зображення об’єкта в M87, однієї з чорних дір, які спостерігає EHT. Зображення ліворуч — комп’ютерна симуляція чорної діри; зображення праворуч також є результатом моделюванням, але у ньому використано дані, які більшою мірою відповідають тому, що EHT, ймовірно, отримає.

Зображення надмасивної чорної діри (Стрілець A *) в центрі нашої галактики, отримані шляхом комп’ютерного моделювання. Крайнє ліве зображення — це чисте моделювання, а наступні три показують, як на вигляд зображення може вплинути розсіювання випромінювання. Фото з сайту http://astronomy.com.

Ця серія зображень показує зображення Стрільця A * (вимовляється A-зоря), надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Перше ґрунтується на моделюванні, а наступні три включають деяке розсіювання сигналу, яке, безсумнівно, відбудеться, коли світло подорожує по галактиці, щоб дістатися до нас. Використовуючи серію фільтрів, науковці намагалися максимально зменшити розсіювання. Останні два зображення отримано із застосуванням деяких з цих фільтрів.

Анатомія сингулярності

Яскраве кільце, що видно на всіх цих зображеннях, — це диск акреції чорної діри, де газ, який вона поглинає, нагрівається, аж поки не почне світитися. Диск яскравіший з одного боку через ефект Доплера. Світло, що рухається до нас, як нам здається, має більшу швидкість, а світло, що йде від нас, меншу. Отже, якщо ми дивимося на край акреційного диска, який рухається зліва направо, ліворуч світло буде яскравішим, а праворуч — тмянішим. Чорна ділянка в середині цих зображень — це чорна діра — область простору, де гравітація така сильна, що світло не може її покинути, що й робить її чорною.

Найреалістичніші з цих зображень водночас і найменш разючі, бо під час їх створення було враховано той факт, що чорні діри, які EHT намагається «побачити», містяться дуже далеко від Землі. Стрілець A * лежить на відстані 26 000 світлових років, а набагато більша надмасивна чорна діра в M87 — на відстані близько 55 мільйонів світлових років. На цих відстанях два об’єкти мають крихітні розміри. Покладіть яблуко на Місяці, поверніться на Землю і подивіться на нього — це майже про те, який вигляд на небі мають дві чорні діри, зображення яких намагаються отримати науковці. EHT має перевагу, бо використовує мережу обсерваторій по всьому світу, які працюють узгоджено, створюючи приймальний пристрій, що фактично дорівнює розміру нашої планети.

Але, за таких умов, EHT є достатньо великим, щоб отримати зображення цих двох чорних дір. Моделювання, засноване на реалістичних даних від ЕГТ, показує заплямовані ореоли світла — і це, ймовірно, не наукова фантастика. Це звичайна реальність, коли отримують зображення таких далеких об’єктів. Для науковців справжня суть зображення буде в тому, що воно взагалі існує. Майте на увазі, ми ніколи не бачили чорної діри. До недавнього часу, незважаючи на їхню поширеність у науковій фантастиці та наукових журналах, чорні діри були об’єктами із теорії. LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory — Лазерна інтерферометрична гравітаційно-хвильова обсерваторія) вже зареєструвала гравітаційні хвилі, спричинені зіткненням чорних дір. Але це не те ж саме, як бачити себе власними очима.

Коли EHT зрештою отримає зображення, астрономи зможуть нарешті порівняти свої моделі з реальністю, і отримані дані дадуть безцінну інформацію про те, як закони фізики ведуть себе в екстремальному гравітаційному середовищі сингулярності.

Моделювання також відіграватиме важливу роль в отриманні цього вирішального зображення. Оскільки науковці не в змозі охопити всю планету обсерваторіями, існують прогалини в даних, які збирали з допомогою EHT. Це означає, що отримані результати можна пояснювати в різні способи, залежно від того, які уявлення мають науковці про зміст даних у прогалинах. Використовуючи симуляції, як своєрідні зразки, дослідники зможуть зробити найбільш обґрунтовані припущення, щоб дати нам картину раніше невидимого.

За інф. з сайту http://astronomy.com