Вчені розглянуть чорну діру через супертелескоп

Міжнародна група астрофізиків сповнена рішучості всерйоз зайнятися вивченням деяких особливостей чорних дір. Зокрема, плануються спостереження процесів, що відбуваються безпосередньо поблизу горизонту подій - області, за якої пропадає все, що він був ковтнув дірою. Настав час доповнити теоретичні дослідження практичним матеріалом.

Теорія в фундаментальних науках астрофізиці і космології майже завжди випереджає спостережні факти. Спостереження, що підтверджують справедливість і обгрунтованість теорій, надзвичайно важливі в науковому пізнанні Всесвіту.

Чорні діри - класичний приклад подібного роду. Зараз вчені не сумніваються в реальності їх існування. Підтверджено багато здогадки теоретиків, виявлено ознаки чорних дір як фізичних об'єктів, сформульовані основні положення теорії чорних дір. Чорні діри - області, що володіють жахливим гравітаційним притяганням. Де ж повинні існувати настільки масивні освіти? Астрофізики вважають, що вони є в центрах галактик, в зіркових Балчі. Складність представляє те, що часто ці об'єкти приховані за темними пиловими туманностями, що складаються з речовини, переробленого в зіркових еволюціях ...

Вони втягують будь-яку матерію, яка під дією гравітації спрямовується до чорних дірок, безповоротно "заковтують" весь вступник з навколишнього космосу потік речовини. Навіть фотони стають їх здобиччю - кванти світлового випромінювання, потрапляючи за так званий горизонт подій, зникають в ненаситної утробі чорних дір. Свідченням поглинання матерії, спрямовуються до даного об'єкта, є аккреційний диск, що утворюється в прикордонній зоні цієї поглотітельніци всього і світиться в жорсткому рентгенівському і гамма-випромінюваннях.

Читайте також: Чорні діри стануть коллайдера?

Іноді взаємодія цього диска з чорною дірою породжує космічне явище під назвою релятивістські джети. Гігантські струмені плазми вивергаються з центрів галактик зі швидкістю, порівнянної зі швидкістю світла! Це явище спостерігається у 10 відсотків активних ядер галактик, в серці яких існують масивні чорні діри. Першу струмінь речовини, що рухається з релятивістської швидкістю, спостерігали в 1918 році, і поширювалася вона на відстань в 5 тисяч світлових років.

Передбачається, що породила її надмасивна чорна діра з масою близько 6,6 мільярда сонячних мас в галактиці М 87. З тих пір ця галактика, розташована в 50 мільйонах світлових років від Землі, не дає спокою астрономам. Вона являє собою гігантську еліптичну галактику, найбільшу в галактичному скупченні із сузір'я Діви. Її маса дорівнює 2-3 тисячам мільярдів сонячних мас, а крім того, М 87 є потужним джерелом радіо- і гамма-випромінювань.

В останні роки зроблені деякі уточнення: в червні 2009 року астрономи Карл Джебхардт (Karl Gebhardt) і Йенс Томас (Jens Thomas) деталізували результати своїх досліджень маси чорної діри в центрі M 87 на американській Астрономічної конференції в Пасадені (США). Згідно з представленими даними, вона приблизно в 6,4 мільярда разів більше маси Сонця. У 2010 році було виявлено, що дана діра зміщена на 22 світлових роки щодо геометричного центру, що визначається по центральній частині видимої інтенсивності випромінювання.

Але найголовнішим є наступне: все, що потрапляє в пащу цій поглотітельніци, незабаром, просяявши в аккреційному диску, пропадає за горизонтом подій! Для дослідження деталей цього процесу, совершающегося так далеко в космосі, здійснений цікавий координований проект по об'єднанню декількох радіотелескопів в один великомасштабний интерферометр для прямого спостереження найближчого оточення чорної діри. Назва проекту - ЕНТ (Event Horizon Telescope) - перекладається як телескоп горизонту подій, тобто безліч телескопів буде об'єднано в єдиний конгломерат для виявлення цього горезвісного горизонту подій, за який не проникає погляд спостерігача, а матерія провалюється в чорну діру.

В рамках проекту об'єдналися Массачусетський технологічний інститут, Обсерваторія університету Арізони, Гарвард-Смітсонівський центр астрофізики, обсерваторії Берклі, Калтеха, Астрономічна обсерваторія Японії, Інститут Макса Планка і інші. Передбачається дослідження чорної діри в центрі Чумацького шляху! При цьому кутовий дозвіл такого інтерферометра має бути не менше, ніж кутова величина горизонту подій. Завершення робіт заплановано на 2022 рік, але спостереження за допомогою частини телескопів інтерферометричної мережі проводяться вже зараз. Їх об'єктом є гігантська еліптична галактика М 87.

Міжнародний колектив вчених під керівництвом Шепарда Доелмана (Sheperd Doeleman) з Обсерваторії Хейстак Массачусетського технологічного інституту вивчав ядро ​​галактики М87, світло якої йшов до нас 50 мільйонів років. Сверхмассивную ЧД в центрі зоряного скупчення М 87 астрономи дослідили за допомогою даних відразу чотирьох радіотелескопів - в Арізоні, Каліфорнії і на Гаваях. Було створено програмне забезпечення для об'єднання в один інтерферометр вищезгаданий телескоп EHT. Це складний пристрій дозволило отримувати зображення в 2 тисячі разів точніші, ніж знімки космічного телескопа "Хаббл". За допомогою ЕТН вчені детально досліджували світиться область на кордоні чорної діри. Результати досліджень опублікував журнал Science.

У координованому експерименті вперше точно виміряли діаметр аккреционного диска. Виявилося, що він всього в 5,5 рази більше радіуса горизонту подій. Як і передбачалося, диск і діра обертаються в одному напрямку. Розрахунки підтверджують, що якби вони оберталися в різні боки, диску не вистачило б енергії (при розмірі менше дев'яти радіусів горизонту подій). Це відкриття може внести ясність в природу освіти релятивістських джетів, а також послужити безпрецедентною перевіркою загальної теорії відносності Ейнштейна!

Дві гіпотези висунуто для пояснення релятивістських струменів плазми. Перша трактування полягає в тому, що вони виникають при взаємодії аккреционного диска з магнітним полем самої діри. За другою версією, у самого горизонту подій тіла можуть розпадатися на дві частини. При цьому одна частина перетинає горизонт подій і назавжди пропадає, а інша прискорюється в напрямку назовні за рахунок енергії обертання чорної діри і викидається у вигляді джета. Розгадка таємниці горизонту подій в працях Альберта Ейнштейна намічена досить чітко: відстань, на яке матерія повинна наблизитися до чорної діри, щоб потім назавжди канути в її прірву, визначають маса і швидкість обертання цього об'єкту.

Читайте також: Чорна діра тікає з галактики

"Теорія Ейнштейна була перевірена в умовах низької гравітації Сонячної системи, але ще ніхто не перевіряв її в єдиному місці у Всесвіті, де ця теорія може дати збій - на краю чорної діри", - говорить Шепард Доелман. Вимірювання розмірів релятивістських струменів в галактиці М 87 можуть сприяти визначенню швидкості обертання в центрі космічної поглотітельніци. Для цього потрібно зробити безліч вимірів. Поки що рано говорити про результати, але планується розширення можливостей EHT за рахунок підключення до нього ряду радіотелескопів, що працюють в Чилі, Європі, Мексиці і Гренландії.

Так розвивається дослідження чорних дір, які виявляються по їх характерних особливостей. Уявіть собі, що вчені припускають існування білих дірок - це такі області, куди можна потрапити ні матерії, ні випромінюванням. Правда, вони поки не виявлені, а ознаки їх невідомі.

Читайте найцікавіше в рубриці "Наука і техніка"