Данные телескопа EHT Event Horizont Telescope дают ученым новое представление о чудовище под названием Млечный Путь. Благодаря этим данным мы впервые ближе познакомимся с черной дырой.

Система радиотелескопов, размещенных вокруг Земли, которую мы называем EHT (телескоп горизонта событий), сосредоточился на нескольких гигантах. Стрелец А это сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути и еще большая черная дыра на расстоянии 53,5 миллионов световых лет в галактике M87. В апреле 2017 года обсерватории объединили свои усилия для наблюдения за границами черных дыр, где сила гравитации настолько сильна, что даже световые лучи не могут покинуть ее. После почти двухлетнего сравнения данных исследователи опубликовали первые полученные изображения этих наблюдений. Теперь ученые надеются, что новые изображения могут рассказать нам больше о черных дырах.

Как на самом деле выглядит черная дыра?

Черные дыры действительно достойны своего названия. Огромный гравитационный зверь не излучает свет ни в одной части электромагнитного спектра, поэтому кажется, что они не существуют сами по себе. Но астрономы знают, что они там, из-за какого-то эскорта. Поскольку их гравитационная сила пульсирует в звездном газе и пыли, вокруг них образуется масса в виде вращающегося аккреционного диска со сталкивающимися атомами. Эта деятельность излучает «белое тепло» и испускает рентгеновские лучи и другое высокоэнергетическое излучение. Наиболее «ненавистные» насыщенные черные дыры затем освещают все звезды в окружающих галактиках.

Предполагается, что на изображении, полученном телескопом EHT Sagittaria A в области Млечного Пути, также называемой Sgr A, на сопровождающем ее аккреционном диске из яркого материала будет тень черной дыры. Компьютерное моделирование и законы гравитационной физики дают астрономам довольно хорошее представление о том, чего ожидать. Из-за высокой гравитационной силы около черной дыры аккреционный диск будет деформироваться вокруг горизонта кольца, и этот материал будет виден позади черной дыры. Полученное изображение может быть асимметричным. Гравитация отклоняет свет от внутренней части диска к Земле сильнее, чем внешняя часть, и делает часть кольца ярче.

Применимы ли законы общего закона к теории относительности вокруг черной дыры?

Точная форма кольца может разрешить самый неприятный тупик в теоретической физике. Два столпа в физике - это общая теория относительности Эйнштейна, которая контролирует массивные и гравитационно сильные объекты, такие как черная дыра, и квантовая механика, которая контролирует странный мир субатомных частиц. Каждая теория работает в своей области. Но они не могут работать вместе.

Физик Лия Медейрос из Университета Аризоны в Тусоне говорит:

«Общая теория относительности и квантовая физика несовместимы друг с другом. Если общая теория относительности применяется в области черной дыры, это может означать шаг вперед для физиков ».

Поскольку черные дыры являются самой экстремальной гравитационной средой во Вселенной, они являются лучшей средой для стресс-теста теории гравитации. Это все равно, что бросать теории о стену и ожидать, что и как они ее разрушат. Если применима общая теория относительности, то ученые ожидают, что черная дыра будет иметь определенную тень и, следовательно, круглую форму; если теория Эйнштейна не применима, тогда тень будет иметь другую форму. Лия Медейрос и ее коллеги применили компьютерное моделирование к различным теням 12 000 черных дыр, которые могут отличаться от теорий Эйнштейна.

Л. Медериос говорит:

«Если мы найдем что-то другое (альтернативы теории гравитации), это будет похоже на рождественский подарок».

Даже небольшое отклонение от общей теории относительности поможет астрономам количественно оценить то, что они видят, исходя из того, чего они ожидают.

Окружают ли мертвые звезды, называемые пульсарами, черную дыру в Млечном Пути?

Еще один способ проверить общую теорию относительности вокруг черных дыр - наблюдать, как движутся звезды вокруг них. Когда свет от звезд течет в области экстремального притяжения черной дыры рядом с ней, свет «растягивается» и, таким образом, кажется более красным. Этот процесс, названный «красным гравитационным сдвигом» и общей теорией относительности, был принят. В прошлом году астрономы наблюдали это в районе SgrA. Пока что хорошие новости для теории Эйнштейна. Еще лучший способ подтвердить это явление - провести такой же тест на пульсарах, которые быстро вращаются и равномерно охватывают звездное небо лучами излучения и, кажется, пульсируют.

Таким образом, красный гравитационный сдвиг нарушил бы нормальный курс метрономии, и их наблюдение могло бы дать более точную проверку общей теории относительности.

Скотт Рэнсон из Национальной астрономической обсерватории в Шарлоттсвилле говорит:

«Для большинства людей, наблюдающих за областью SgrA, было бы мечтой открыть пульсары или пульсары, вращающиеся вокруг черной дыры. Многие очень интересные и очень подробные проверки общей теории относительности могут быть предоставлены пульсарами ».

Однако, несмотря на тщательное наблюдение, пульсар, циркулирующий в достаточной близости от области SgrA, пока не обнаружен. Отчасти потому, что галактическая пыль и газ рассеивают свои лучи, и их трудно нацелить. Но EHT обеспечивает лучший обзор центра радиоволн, поэтому С. Рэнсом и его коллеги надеются, что смогут это сделать. «Это похоже на рыбалку с очень низким шансом поймать, но оно того стоит», - добавляет С.Рэнсом.

Pulsar PSR J1745-2900 (слева на рисунке) был обнаружен в 2013 году. Он вращается точно на 150 световых годах вокруг черной дыры в центре галактики. Однако это слишком далеко для точной проверки общей теории относительности. Само существование этого пульсара дает астрономам надежду использовать EHT, чтобы обнаружить все больше и больше пульсаров, более близких к черной дыре.

Как черные дыры создают джеты?

Некоторые черные дыры - голодные каннибалы и втягивают огромное количество газа и пыли, другие - разборчивые едоки. Никто не знает почему. SgrA выглядит озабоченным пожирателем с удивительно темным диском, несмотря на массу, равную 4 миллионам солнечных масс. Другая цель, на которую нацелен EHT, черная дыра в галактике M87, - прожорливый людоед. Он весит от 3,5 до 7,22 миллиарда солнц. И что, в дополнение к огромному скопившемуся аккреционному диску в его окрестностях, поток заряженных субатомных частиц также хлынет от него на расстояние в 5 световых лет.

Институт радиоастрономии Томаса Кричбаума в Бонне говорит:

«Это немного противоречиво - думать, что черная дыра что-то вообще исключает».

Обычно люди думают, что черная дыра только поглощает. Многие черные дыры создают струи, которые длиннее и шире, чем целые галактики, и могут достигать миллиардов световых лет от черной дыры.

Возникает естественный вопрос, что это за мощный источник энергии, излучающий струи с таких огромных расстояний. Благодаря EHT мы, наконец, можем впервые отслеживать эти события. Сила магнитного поля черной дыры в галактике M87 может быть оценена путем измерения EHT, поскольку они связаны с силами джетов. Измеряя свойства джетов, когда они находятся рядом с черной дырой, это помогает определить, откуда исходит струя - изнутри ее диска, или из другой части диска, или из самой черной дыры.

Эти наблюдения могут также прояснить, исходят ли струи из черной дыры или из быстро текущего материала в диске. Поскольку струи могут переносить материал из центра галактики в межгалактическую область, это могло бы объяснить влияние на эволюцию и рост галактики. И даже там, где рождаются планеты и звезды.

Т. Кричбаум говорит:

«Важно понимать эволюцию галактик от раннего образования черных дыр до рождения звезд и, в конечном итоге, до зарождения жизни. Это очень большая история, и, изучая струи черных дыр, мы лишь немного дополняем маленькие частицы великой головоломки жизни ».

Примечание издателя: Эта история была обновлена ​​1 апреля 2019 года, указав массу черной дыры M 87: масса галактики составляет 2,4 триллиона масс Солнца. Сама черная дыра имеет массу в несколько миллиардов Солнц. Приложение, моделирование черной дыры, является примером подтверждения общей теории относительности Эйнштейна, а не ее опровержения.