Обновлено 11 апреля в 4:40 вечера. ET.
Вчера земляне впервые увидели реальный образ черной дыры, превратив то, что жило только в нашем коллективном воображении, в конкретную реальность.
На изображении изображено однобокое кольцо оранжевого тона, окружающее темную тень черной дыры, которая поглощает материю на расстоянии 55 миллионов световых лет от центра галактики, известной как Дева А (Мессье 87).
Этого размытого первого взгляда достаточно, чтобы подтвердить, что теория относительности Эйнштейна работает даже на границе этой гигантской пропасти - экстремального места, где некоторые думали, что его уравнения нарушатся. Но этот неуловимый образ вызывает много вопросов. Вот некоторые ответы на ваши вопросы.
Что такое черная дыра?
Черные дыры - чрезвычайно плотные объекты, от которых ничто, даже свет, не может вырваться Поскольку они едят близлежащие вещества, они увеличиваются в размерах. Черные дыры обычно образуются, когда большая звезда умирает и падает на себя.
Считается, что сверхмассивные черные дыры, которые в миллионы или миллиарды раз массивнее Солнца, находятся в центре почти каждой галактики, включая нашу собственную. Наш называется Стрелец А *.
Почему мы не видели изображение черной дыры раньше?
Черные дыры, даже сверхмассивные, не такие большие. Например, сделать снимок черной дыры в центре нашего Млечного пути, который, как считается, примерно в 4 миллиона раз массивнее Солнца, было бы все равно, что сделать снимок DVD на поверхности Луны, Димитриос. Псалтис, астрофизик из Университета Аризоны, рассказал Vox. Кроме того, черные дыры обычно окутаны материалом, который может скрыть свет, окружающий черную дыру, пишут они.
До этого изображения, как мы узнали, что черные дыры существуют?
Теория относительности Эйнштейна впервые предсказала, что когда умерла массивная звезда, она оставила плотное ядро. Согласно данным НАСА, если это ядро было в три раза массивнее Солнца, его уравнения показали, что сила тяжести породила черную дыру.
Но до вчерашнего дня (10 апреля) ученые не могли фотографировать или непосредственно наблюдать черные дыры. Скорее, они полагались на косвенные доказательства - поведение или сигналы, поступающие от других объектов поблизости. Например, черная дыра поглощает звезды, которые движутся слишком близко к ней. Этот процесс нагревает звезды, заставляя их излучать рентгеновские сигналы, которые можно обнаружить с помощью телескопов. Иногда черные дыры также выплевывают гигантские вспышки заряженных частиц, которые, опять же, обнаруживаются нашими инструментами.
Ученые также иногда изучают движение объектов - если они кажутся странно выдернутыми, виновником может быть черная дыра.
Что мы видим на картинке?
Сами черные дыры излучают слишком мало радиации, чтобы их можно было обнаружить, но, как предсказывал Эйнштейн, можно увидеть очертания черной дыры и горизонт событий - границу, за которой свет не может выйти.
Оказывается, это правда. Темный круг в середине - это «тень» черной дыры, которую обнаруживает светящийся газ, который находится на горизонте событий вокруг него. (Чрезвычайное гравитационное притяжение черной дыры перегревает газ, вызывая его излучение или «свечение»). Но газ в горизонте событий на самом деле не оранжевый - скорее астрономы, участвующие в проекте, решили окрасить радиоволновые сигналы оранжевым, чтобы показать, насколько яркими являются излучения.
Желтые тона представляют наиболее интенсивные выбросы, в то время как красный цвет обозначает более низкую интенсивность, а черный - незначительные или нулевые. В видимом спектре цвет излучения, вероятно, будет виден невооруженным глазом как белый, возможно, слегка окрашенный синим или красным цветом.
Вы можете прочитать больше в этой статье Live Science.
Почему изображение размыто?
С современными технологиями это максимально возможное разрешение. Разрешение телескопа Event Horizon составляет около 20 микросекунд. (Одна микросекунда соответствует размеру периода в конце предложения, если вы смотрели на него с Земли, и этот период был в листочке, оставленном на Луне, согласно Журналу Ассоциации астрономов-любителей Нью-Йорка.)
Если вы возьмете обычную фотографию, содержащую миллионы пикселей, взорвите ее несколько тысяч раз и сгладите ее, вы увидите примерно то же разрешение, что и на изображении черной дыры, согласно Джеффри Крю, заместителю председателя Event Horizon Telescope. Но, учитывая, что они представляют черную дыру на расстоянии 55 миллионов световых лет, это невероятно впечатляет.
Почему кольцо имеет неправильную форму?
Ученые миссии еще не знают. «Хороший вопрос, на который мы надеемся ответить в будущем», - сказал Крю. «На данный момент это то, что M87 показал нам».
Как ученые запечатлели это изображение?
Более 200 астрономов по всему миру провели измерения, используя восемь наземных радиотелескопов, известных как телескоп «Горизонт событий» (EHT). Эти телескопы обычно расположены в высокогорных местах, таких как вулканы на Гавайях и в Мексике, в горах в Аризоне и в испанской Сьерра-Неваде, пустыне Атакама и Антарктике, согласно заявлению Национального научного фонда.
В апреле 2017 года астрономы синхронизировали все телескопы для одновременного измерения радиоволн, излучаемых из горизонта событий черной дыры. Синхронизация телескопов была сродни созданию телескопа размером с Землю с впечатляющим разрешением в 20 микросекунд - достаточно, чтобы читать газету в руках нью-йоркца всю дорогу из парижского кафе, говорится в заявлении. (Для сравнения, черная дыра, которую они изобразили, имеет ширину около 42 микросекунд).
Затем они взяли все эти необработанные измерения, проанализировали их и объединили их в изображение, которое вы видите.
Почему ученые измеряют радиоволны, а не видимый свет, чтобы захватить изображение?
Они могли бы получить лучшее разрешение с помощью радиоволн, чем если бы они использовали видимый свет. «В настоящее время радиоволны обеспечивают самое высокое угловое разрешение среди всех техник», - сказал Крю. Угловое разрешение означает, насколько хорошо (наименьший угол) телескоп может различать два отдельных объекта.
Это настоящая фотография?
Нет, не в традиционном смысле. «Трудно создать изображение с помощью радиоволн», - сказал Крю. Ученые миссии измерили радиоволны, излучаемые горизонтом событий черной дыры, а затем обработали эту информацию с помощью компьютера, чтобы получить изображение, которое вы видите.
Является ли этот образ еще раз доказательством теории относительности Эйнштейна?
Ага. Теория относительности Эйнштейна предсказала, что черные дыры существуют и имеют горизонты событий. Уравнения также предсказывают, что горизонт событий должен быть несколько круглым, а размер должен быть напрямую связан с массой черной дыры.
Вот и все: несколько круговой горизонт событий и предполагаемая масса черной дыры совпадают с оценками того, что она должна основывать на движении звезд дальше от нее.
Вы можете прочитать больше на Space.com.
Почему они не сфотографировали черную дыру нашей галактики, а выбрали одну из них далеко?
M87 была первой из исследованных черных дыр, поэтому они впервые проанализировали это, сказал Шеп Доулман, директор телескопа Event Horizon, на пресс-конференции. Но он также был более легким для изображения по сравнению со Стрельцом А *, который находится в центре нашей галактики, добавил он. Это потому, что он настолько далеко, что не слишком «двигается» в течение вечера, когда проводились измерения. Стрелец А * намного ближе, поэтому он не так "неподвижен" на небе. В любом случае, «мы очень рады работать над Sag A *», - сказал Доулман. «Мы ничего не обещаем, но надеемся получить это очень скоро».
