Фотографии черных дыр. Можно ли увидеть черную дыру? Огромная черная дыра находится в центре галактики Млечный Путь

В среду ночью 120 астрономов из 8 обсерваторий на четырех континентах начали первую попытку сделать фотографию черной дыры. Съёмка началась 5 апреля и продлится до 14 апреля этого года. Объектом наблюдения стали окрестности двух сверхмассивных черных дыры, одна в центре нашего Млечного Пути, другая в соседней галактике Messier 87. Первая близко, но маленькая в диаметре, вторая очень далеко, но громадная. Чью лучше разглядят - пока вопрос. Ближайшая к нам Стрелец A* (Sagittarius A*) находится в центре нашей галактики Млечного Пути на расстояние в 26 тысяч световых лет. Дальняя в 6 миллиардов раз больше массы нашего светила, поэтому горизонт событий вокруг неё больше. Стрелец А* массой в 1,5 тысячи раз меньше и умещается в пространстве, меньшем, чем объем внутри орбиты Меркурия.

В чем важность наблюдения объясняет Гопал Нараянан, профессор-исследователь астрономии в Университете Массачусетса в Амхерсте: «В основе общей теории относительности Эйнштейна лежит представление о том, что квантовая механика и общая теория относительности могут быть объединены, что существует великая, единая теория фундаментальных понятий. Горизонт событий черной дыры - именно то место, где это возможное объединение лучше всего изучать". Результаты мы узнаем только в 2018 году, когда компьютеры обработают полученные данные. В конце поста есть предполагаемое изображение, которое мы должны увидеть, если верна теория Энштейна.

Для наблюдения за горизонтами событий из разрозненных радиотелескопов, рассматривающих каждый свой участок неба, астрономы создали виртуальный радиотелескоп размером с Землю. 8 обсерваторий в 6 территориальных точках ведут съемку.


В проекте участвуют Обсерватория Массачусетского технологического института (ведущая организация), Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, Объединенная обсерватория ALMA (Чили), Национальная радиоастрономическая обсерватория (NRAO), Институт радиоастрономии им. Макса Планка (Германия), Университет Консепсьона (Чили), Институт астрономии и астрофизики при Центральной академии Тайваня (ASIAA, Тайвань), Национальная астрономическая обсерватория Японии (NAOJ) и Обсерватория Онсала (Швеция). Объединение радиотелескопов важно для наблюдения быстротекущих процессов во Вселенной, к которым относятся, например, взрывы сверхновых звезд и потоки космического излучения, а также для детальных изучений мелких удаленных космических объектов, таких, как черная дыра Стрелец A*. Возможности наиболее мощных оптических телескопов ограничены при наблюдении даже самых массивных объектов, а черные дыры являются чрезвычайно компактными.

Связывая воедино мощности радиотелескопов, расположенных в разных частях земного шара, ученые астрономы получили возможность рассмотреть крайне далекие космические объекты с четкостью, в два миллиона раз превышающей остроту человеческого зрения. Будь у человека такое зрение он бы увидел лежащие на Луне грейпфрут или компакт-диск.

К запуску этого «виртуального» телескопа под названием Event Horizon Telescope привело развитие технологий интерферометрии с длинной базой (Very Long Baseline Interferometry, VLBI) в течение последних двадцати лет. По этой же модели работает крупнейший миллиметровый радиотелескоп мира – обсерватория Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) на высокогорном плато Чахнантор в Чили и он тоже участвует в проекте. В проекте EHT с 5 по 14 апреля VLBI-технология превращает все подключенные к ней телескопы в огромный телескоп, размером с нашу планету. Были объединены мощности самых чувствительных радио-обсерваторий мира в Чили, Испании, Калифорнии, Аризоне, на Гавайских островах и на южном полюсе Земли. Крупнейшая из них - вышеупомянутая ALMA, - состоит из 54 параболических антенн 12-метрового диаметра и 12 тарелок диаметром 7 метров.

Еще одна интригующая идея, которую можно изучить в этом эксперименте, - это так называемый «информационный парадокс». Это явление - предсказание Стивена Хокинга о том, что материя, попавшая в черную дыру, не может быть потеряна за пределами известной вселенной, что она должна каким-то образом течь обратно. Вот увидеть как она течет и хотят астрономы. Энергия или информация покидающая чёрную дыру посредством излучения Хокинга, представляет собой квантовый эффект. Ученые регулярно видят истечение больших плазменных струй из центра галактик, где предполагаются или есть черные дыры. Если связь черных дыр и этих струй есть (либо другие утечки информации и энергии), то истинные горизонты событий в строгом смысле у сколлапсировавших объектов в нашей Вселенной не формируются.

Прав ли Эйнштейн

Современная стандартная космологическая модель ΛCDM («Лямбда-СиДиЭм») предполагает, что общая теория относительности является правильной теорией гравитации на космологических масштабах и наше местоположение во Вселенной никак особенно не выделяется, то есть на достаточно большом масштабе Вселенная выглядит одинаково во всех направлениях (изотропность) и из каждого места (однородность). Это тоже может быть подтверждено или опровергнуто.

Черные дыры объединяют в себе свойства, описываемые двумя основными физическими теориями нашего времени – теорией общей относительности (теория больших структур) и квантовой механикой (теория малых расстояний). Огромная масса черной дыры требует применения общей теории относительности для описания искривления пространства-времени, вызванного ею. Но малые размеры черной дыры и внутренние процессы требуют использования квантовой механики. До сих пор не удалось совместить обе эти теории. Объединение теорий приводит к неестественным уравнениям – например, из них следует бесконечная плотность черной дыры. Ранее в 2015 году телескоп Event Horizon Telescope (EHT) уже измерил магнитные поля в окрестностях этой черной дыры, но их структура была крайне необычной – сила магнитного поля в отдельных регионах диска менялась каждые 15 минут, а его конфигурация была очень разной в разных уголках.

Согласно некоторым выкладкам общей теории относительности Альберта Эйнштейна, на снимках мы сможем увидеть «полумесяц» света, окружающего абсолютно черную «каплю». Этот свет излучается материей прямо перед тем моментом, когда она пройдет через границу горизонта событий черной дыры. На горизонте событий Стрельца А* ученые предполагают увидеть множество вспышек. Эти точечные вспышки периодически генерируются там с высокой частотой - раз в день. На основе прошлых наблюдений несколько обсерваторий наблюдали нечто похожее на вспышки - осветление выбросов из Стрельца А*. В результате нынешних исследований астрономы получат возможность отслеживать их происхождение и смотреть за процессом их уменьшения.

При удачном развитии событий горячие точки станут маркером структуры временного пространства в этой сильной гравитационной области. «Это открывает двери к возможности проведения томографии временного пространства - эти пятна передвигаются, они возникают в различных областях наблюдения», - сказал ранее на презентации EHT Эвери Бродерик, доцент кафедры физики и астрономии в Университете Ватерлоо. «Во вселенной есть только два места, где можно изучить сильную гравитацию в больших, очень больших масштабах и вокруг компактных объектов», - напоминает он.
Если мы увидим нечто, в корне отличающееся от того, что мы ожидаем, физикам придется пересмотреть, к примеру, теорию гравитации.

Первые снимки черной дыры, которые сможем увидеть и мы с вами, появятся не раньше 2018 года. А тем временем, посмотрим на то, что мы сможем приблизительно увидеть на этих снимках, построенных в результате компьютерного моделирования.

Объединение данных и создание общей картины с использованием измерений телескопа горизонта событий является некорректной задачей, потому что каждый из результатов содержит бесконечное количество возможных изображений, объясняющих полученные данные. Задача астрономов состоит в том, чтобы найти объяснение, которое учитывает эти предварительные предположения, при этом удовлетворяя наблюдаемым данным. Угловое разрешение телескопа, необходимое для получения достаточного объема данных, требует преодоления многих проблем и затрудняют однозначную реконструкцию изображения. Например, при наблюдаемых длинах волн быстро изменяющиеся неоднородности в атмосфере вносят погрешности измерения. Надежные алгоритмы, которые способны восстанавливать изображения в режиме тонкого углового разрешения, ищутся постоянно.

Пока что задачу очистки, интерпретации и сведения полученных данных в одно изображение с высокой разрешающей способностью выполняет алгоритм CHIRP (Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors), разработанный группой ученых из Массачусетского технологического института. Однако если вы достаточно разбираетесь в физике и математике, то авторы CHIRP опубликовали для таких эрудитов простые онлайн-инструменты на сайте MIT , при помощи которых любой человек, обладающий навыками программирования, сможет создать и опробовать свой вариант алгоритма обработки данных от телескопа Event Horizon. Вдруг вы сможете увидеть проблему под совершенно нетрадиционным углом и предложить уникальный метод ее решения. Я правда не нашел информации о вознаграждении. Но может плохо искал.

В комплекте инструментов:

• Набор объединенных обучающих данных
• Набор измерений реальных данных
• Стандартизованный набор данных для тестирования алгоритмов восстановления изображений
• Интерактивная количественная оценка эффективности алгоритма на моделируемых тестовых данных
• Качественное сравнение производительности алгоритма при реконструкции реальных данных
• Онлайн-форма стенд для моделирования реалистичных данные, с использованием собственных параметров изображения и телескопа

Теги:

• черная дыра
• радиотелескоп
• вселенная

Впервые термин «Черная дыра» был использован в 1967 году Джоном А. Уилером. Так называют область в пространстве и времени с настолько большой гравитацией, что покинуть ее пределы не могут даже кванты света. Размер определяют гравитационным радиусом, а границу действия называют горизонтом событий.

Черная дыра в представлении художника

В идеале черная дыра, при условии ее изоляции – это абсолютно черный участок пространства. Как выглядит черная дыра на самом деле, пока не знает никто, известно лишь, что она не оправдывает своего названия, так как она абсолютно невидима. По мнению ученых астрономов, определить ее наличие можно только по свечению в районе горизонта событий. Это происходит по двум причинам:

1. В нее попадают частицы вещества, скорость которых по мере приближения к точке невозврата, понижается. Они создают картинку диффузного газопылевого облака, с увеличивающейся внутри плотностью.
2. Кванты света, проходя рядом с черной дырой, изменяют свою траекторию. Это искажение иногда настолько велико, что свет несколько раз огибает ее, прежде чем попасть внутрь. Так образуется световое кольцо.

По предположениям астрономов, всепоглощающая звезда вовсе не бесформенна, а похожа на полумесяц. Это происходит потому, что сторона, обращенная к наблюдателю, по особым космическим причинам, всегда ярче другой стороны. Темный круг, находящийся в центре полумесяца и есть черная дыра.

Возникновение

Существует два сценария возникновения: сильное сжатие массивной звезды, сжатие центра галактики или ее газа. Есть также гипотезы, что они сформировались после Большого Взрыва или возникли в результате возникновения огромного количества энергии в ядерной реакции.

Виды

Джет в галактике M87 — проявление активности сверхмассивной черной дыры в ядре галактики

Различают несколько основных видов: Сверхмассивные – очень разросшиеся, часто находятся в центре галактик; Первичные – предполагается, что они могли появиться при больших отклонениях в однородности гравитационного поля и плотности при появлении Вселенной; Квантовые – гипотетически возникают при ядерных реакциях и имеют микроскопические размеры.

Жизнь черной дыры не вечна

По предположению С. Хокинга она ограничена примерно 10 в 60 степени годами. Дыра постепенно «худеет» и оставляет после себя только элементарные частицы.

Есть предположение, что существует и антипод – белая дыра. Если в первую все входит и не выходит, то во вторую попасть невозможно – она только выпускает. Согласно этой теории, белая дыра возникает на короткое время и распадается, выплеснув энергию и вещество. Вполне серьезные ученые полагают, что таким образом создается некоторый тоннель, с помощью которого можно перемещаться на колоссальные расстояния.

Научно-популярный фильм о черных дырах

На днях Стивен Хокинг всколыхнул научную общественность, заявив, что чёрных дыр не существует. Вернее, они представляют собой совсем не то, что считалось ранее.

По мнению исследователя (которое изложено в работе «Сохранение информации и прогнозы погоды для черных дыр»), то, что мы называем чёрными дырами, может существовать без так называемого «горизонта событий», за который вырваться уже ничто не может. Хокинг считает, что чёрные дыры удерживают свет и информацию только какое-то время, а потом «выплёвывают» обратно в космос, правда, в изрядно искажённом виде.

Пока научное сообщество переваривает новую теорию, мы решили напомнить нашему читателю то, что считалось «фактами о чёрных дырах» до сих пор. Итак, до сих пор считалось, что:

Свое название чёрные дыры получили потому, что всасывают свет, который касается ее границ, и не отражают его

Формируясь в момент, когда достаточно сжатая масса вещества деформирует пространство и время, черная дыра имеет определенную поверхность, называемую «горизонтом событий», знаменующую собой точку невозврата.

Близко к уровню моря часы идут медленнее, чем на космической станции, а вблизи черных дыр и того медленнее. Это каким-то образом связано с силой тяжести.

Ближайшая черная дыра находится примерно в 1600 световых лет от нас

Наша галактика усеяна черными дырами, однако ближайшая из тех, что теоретически способны уничтожить нашу скромную планету, находится далеко за пределами нашей Солнечной системы.

Огромная черная дыра находится в центре галактики Млечный Путь

Она расположена на расстоянии 30 тысяч световых лет от Земли, а её размеры более чем в 30 миллионов раз превышают размеры нашего Солнца.

Черные дыры, в конце концов, испаряются

Считается, что ничто не может вырваться из черной дыры. Единственное исключение из этого правила – радиация. По мнению некоторых ученых, по мере того, как черные дыры излучают радиацию, они теряют массу. В результате этого процесса черная дыра может и вовсе исчезнуть.

Черные дыры имеют форму не воронки, а сферы

В большинстве учебников вы увидите черные дыры, которые выглядят, как воронки. Это происходит потому, что они проиллюстрированы с точки зрения гравитационного колодца. В действительности они больше похожи на сферу.

Вблизи черной дыры всё искажается

Черные дыры обладают способностью искажать пространство, и, поскольку они вращаются, то искажение усиливается по мере вращения.

Черная дыра может убить ужасным образом

Хотя это кажется очевидным, что черная дыра несовместима с жизнью, большинство людей думают, что там их бы просто раздавило. Не обязательно. Вас, скорее всего, растянуло бы до смерти, потому что часть вашего тела, первой достигшая «горизонта событий» оказалась бы под значительно большим влиянием силы тяжести.

Черные дыры не всегда черные

Хотя они известны своей чернотой, как мы уже говорили ранее, они на самом деле излучают электромагнитные волны.

Черные дыры способны не только разрушать

Конечно, в большинстве случаев, так и есть. Однако существуют многочисленные теории, исследования и предположения о том, что черные дыры действительно могут быть приспособлены для получения энергии и для космических путешествий.

Открытие черных дыр принадлежит не Альберту Эйнштейну

Альберт Эйнштейн только возродил теорию черных дыр в 1916 году. Задолго до того, в 1783 году, ученый по имени Джон Митчелл первым разработал эту теорию. Это произошло после того, как он задался вопросом, может ли гравитация стать настолько сильной, что даже легкие частицы не могли бы избежать ее.

Черные дыры гудят

Хотя вакуум в космосе на самом деле не передает звуковых волн, если слушать с помощью специальных инструментов, то можно услышать звуки атмосферных помех. Когда черная дыра затягивает что-то внутрь, ее горизонт событий ускоряет частицы, вплоть до скорости света, и они производят гул.

Черные дыры могут генерировать элементы, необходимые для зарождения жизни

Исследователи считают, что черные дыры создают элементы по мере своего распада на субатомные частицы. Эти частицы способны создавать элементы тяжелее гелия, такие как железо и углерод, а также многие другие, необходимые для формирования жизни.

Черные дыры не только «проглатывают», но и «выплевывают»

Черные дыры известны тем, что всасывают все, что оказывается вблизи их горизонта событий. После того, как что-то попадает в черную дыру, оно сдавливается с такой чудовищной силой, что отдельные компоненты сжимаются и в конечном счете распадаются на субатомные частицы. Некоторые ученые предполагают, что эта материя затем выбрасывается из того, что называют «белой дырой».

Любая материя может стать черной дырой

С технической точки зрения, черными дырами могут становиться не только звезды. Если бы ключи от вашей машины уменьшились до бесконечно малой точки, сохранив при этом свою массу, то их плотность достигла бы астрономического уровня, и сила их тяжести увеличилась бы до невероятности.

Законы физики теряют силу в центре черной дыры

Согласно теориям, вещество внутри черной дыры сжимается до бесконечной плотности, а пространство и время перестают существовать. Когда это происходит, законы физики перестают действовать, просто потому, что человеческий разум не способен вообразить предмет, имеющий нулевой объем и бесконечную плотность.

Черные дыры определяют количество звезд

По мнению некоторых ученых, число звезд во Вселенной ограничено количеством черных дыр. Это связано с тем, как они влияют на газовые облака и образование элементов в тех частях Вселенной, где рождаются новые звезды.

Наука

Астрономы впервые опубликовали гипотетические изображения черной дыры и сообщили, что, по их представлениям, этот загадочный космический объект должен выглядеть именно так. Однако следует признать, что никто из них никогда не сможет проверить свою теорию на практике.

Черные дыры в визуальном смысле не оправдывают в полной мере свое название - эти объекты на самом деле невидимы , так как даже свет, попавший в них, не может избежать их гравитационного поля.

Однако ученые полагают, что границы черной дыры, то есть точка невозврата, которая называется горизонт событий , должна быть видимой из-за радиации, излучаемой материалом, который поглощается.

На 221-й встрече Американского Астрономического Общества ученые из Университета Калифорнии в Беркли представили изображение, сделанное с помощью компьютера, сообщив, что именно так должна выглядеть черная дыра :

Черная дыра Млечного пути (фото)

Изображение черной дыры Млечного пути, представленное Айманом Бином Камруддином из Калифорнийского Университета

Как видно на картинке, реальная черная дыра с границами имеет форму полумесяца , а вовсе не бесформенного объекта или просто черного шара, как многие изображали ее ранее.

Окружающая черную дыру среда имеет довольно интересную физику и излучает свечение , сказали астрономы. Технически мы не видим саму черную дыру, но можем представить, как выглядит горизонт событий.

Это изображение не просто догадки астрономов и их богатое воображение. Картинку создали на основе модели, которую ученые используют для интерпретации изображений, созданных с помощью нового оборудования , которое сегодня находится в процессе разработки.

Представления художников о черной дыре обычно весьма примитивны

Новый проект под названием Телескоп "Горизонт Событий" будет собирать данные по всемирной сети, полученные радио телескопами из разных уголков света , чтобы затем можно было изобразить объекты, которые являются слишком крошечными, чтобы их можно было увидеть, или вообще не доступны глазу человека.

Новый телескоп уже сделал ряд предварительных измерений и собрал первые данные относительно черной дыры в центре нашей галактики Млечного пути, известной как Стрелец A .

Исследователи проверили полученные данные с помощью разных моделей и пришли к выводу, что черная дыра, вернее, то, что ее окружает, имеет форму полумесяца, а не чего-то другого. Это форма отражает "пончикообразный" диск из материала , который вращается вокруг черной дыры и в одном месте засасывается в нее.

Газ вращается вокруг черной дыры, а сторона, которая направлена в сторону наблюдателей с Земли, будет казаться ярче с силу особых космических процессов. Другая сторона при этом будет более темной . В центре полумесяца находится темный круг, который представляет собой саму черную дыру.

Центр Млечного пути с черной дырой Стрелец А. Снимок сделан с помощью космического телескопа "Чандра" НАСА

Первые изображения черной дыры Стрельца А, по мнению астрономов, помогут им определить массу этого объекта , который находится в центре нашей галактики, а также проверить некоторые аспекты общей теории относительности, которые остаются под сомнением.

Другие уникальные изображения космических объектов и черных дыр

Многие космические объекты с помощью современной техники можно заснять на фото . Эти снимки и изображения представляют большую ценность для астрономов, которые с их помощью делают многие открытие. Предлагаем вам познакомиться с самыми любопытными снимками , сделанными с помощью телескопов за последние пару десятков лет.

Астрономы опубликовали снимки очень далеких уголков космоса, сделанные с помощью космического телескопа НАСА "Спицер" . На снимках изображены очень далекие объекты , в том числе супермассивные черные дыры, вернее не сами дыры, а окружающий их материал.

Рентгеновское излучение, исходящее из нагретого материала, падающего в черную дыру

Следы черной дыры во Вселенной

Яркий "зигзаг" справа - вовсе не работа художника-авангардиста, а подпись супермассивной черной дыры в центре галактики М84 , полученная с помощью спектрографа космического телескопа. Эта подпись представляет собой движение газа, пойманного гравитационными силами черной дыры . Слева показано изображение центра галактики, где предположительно "обитает" черная дыра.

Ядро галактики М84, снятое космическим телескопом НАСА "Хаббл"

Черная дыра в космосе

Гравитационные силы предполагаемой черной дыры образуют диск, похожий на тарелку для игры во фрисби , который состоит из холодного газа и находится в центре галактики. Позже наблюдения с помощью "Хаббла" подтвердили существование огромных черных дыр, которые поглощают все вокруг, даже свет.

Кольцо вокруг предполагаемой черной дыры галактики NGC 4261

Звездное скопление с черной дырой

На этом снимке видно звездное скопление G1, крупный шар из света, который состоит из не менее 300 тысяч старых звезд . Этот объект также часто называют скоплением Андромеды , так как оно находится в галактике Андромеда , ближайшей спиральной галактике от Млечного пути.

Шаровое звездное скопление в соседней галактике. Снимок сделан с помощью космического телескопа "Хаббл" в 1996 году

Большая черная дыра

Гигантская черная дыра может "выпускать" огромные пузыри горячего газа в космическое пространство. По крайней мере, такое странное свойство замечено у черной дыры в центре галактики NGC 4438 . Эта галактика относится к группе пекулярных галактик , то есть галактик, имеющих неправильную форму. Она расположена в районе созвездия Девы и находится в 50 миллионах лет от нас . Пузыри на самом деле представляют собой диск из материала, поглощаемого черной дырой.

Черная дыра, "надувающая" невероятно горячие пузыри газа, которые являются следствием больших аппетитов черной дыры. Пузырь имеет диаметр около 800 световых лет

Эллиптическая галактика с массивной черной дырой

Этот снимок изображает центральную часть эллиптической галактики М87 с сопутствующей ей струей. Увеличение яркости галактики к центру, что можно заметить на изображении, говорит о том, что звезды сконцентрированы в районе ядра и удерживаются там гравитационным полем массивной черной дыры. Плазменная струя, которую также видно на снимке и источником которой является горячий газовый диск вокруг черной дыры, имеет длину около 5 тысяч световых лет .

Фото телескопа НАСА, сделанное 1 июня 1991 года, на котором изображен центр галактики М87 со струей

Звездное скопление с умирающей звездой

Расположенное на расстоянии около 40 тысяч световых лет от Земли в районе созвездия Пегас скопление М15 является одним из 150 известных шаровых звездных скоплений, которые образуют гигантские светящиеся кольца и окружают нашу галактику Млечный путь. Все эти скопления содержат сотни тысяч древних звезд. Если бы мы жили где-то в центре этого скопления, наше небо сияло бы тысячами звезд , которые горели бы и днем, и ночью.

Звездное скопление М15 с умирающей звездой в центре. Снимок телескопа "Хаббл", который показывает скопление в реальных цветах