Впервые получено изображение тени черной дыры

Глобальная интерферометрическая сеть радио- и миллиметровых обсерваторий под названием Телескоп горизонта событий (EHT) смогла разглядеть тень сверхмассивной черной дыры в центре активной галактики M87. Впервые удалось получить прямое изображение подобного объекта. О результатах наблюдений ученые сообщили на пресс-конференции, трансляцию которой можно посмотреть на сайте Европейской южной обсерватории.

Мессье 87, также называемая Дева A, представляет собой гигантскую эллиптическую галактику, вторую по яркости среди галактик в Скоплении Девы и одну из наиболее массивных в местной Вселенной. Сверхмассивная черная дыра, расположенная в ее центре, одна из крупнейших известных на данный момент — ее масса составляет порядка 6,5 миллиардов масс Солнца, то есть примерно в тысячу раз больше, чем у черной дыры в центре Млечного Пути, обозначаемой как Стрелец A*.

Несмотря на столь большую разницу в массе, их видимый размер на небе примерно одинаков, так как расстояние до Стрельца А* составляет примерно 26 тысяч световых лет, а до M87 — около 55 миллионов. Угловой диаметр горизонта событий сверхмассивной черной дыры в Млечном Пути оценивается в 10 микросекунд дуги, а у M87 — около 7 микросекунд. Для сравнения, угловой размер черной дыры в ближайшей к нам крупной спиральной галактике — Туманности Андромеды — должен быть равен примерно 3,5 микросекундам. Существенным отличием Стрельца A* от черной дыры в галактике М87 является активность последней, проявляющейся в образовании четко видимого джета, который расположен перпендикулярно плоскости аккреционного диска вокруг черной дыры. Его длина составляет примерно пять тысяч световых лет. Джеты наблюдаются в ряде случаев, например, у квазаров, и существует несколько теорий образования таких потоков, которые можно проверить, наблюдая их основание, расположенное вблизи черной дыры.

Обе черные дыры входят в список целей проекта EHT, начатого в апреле 2017 года. В нем участвуют телескопы восьми обсерваторий, расположенных в разных уголках земного шара и работавших как один единый телескоп, функционирующий на длине волны 1,3 миллиметра. Синхронизация велась при помощи атомных часов, а данные наблюдений суммировались и обрабатывались при помощи суперкомпьютеров, установленных в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хэйстек.

Целью наблюдений была регистрация тени черной дыры, то есть сильного снижения яркости свечения в центральной области изображения в связи с искривлением траекторий фотонов и отсутствием стабильных орбит на нескольких радиусах Шварцшильда. Соответственно, тень также будет несколько больше размера черной дыры — примерно 42 микросекунды дуги в случае M87. Именно эту тень и смогли увидеть астрономы из проекта EHT, достигшего минимального углового разрешения в 20 микросекунд, причем форма тени соответствует предсказанной для черной дыры Керра тени Общей теорией относительности. 

Наблюдение тени черной дыры — это знаковое событие в наблюдательной астрономии. Мы рассказывали о контексте этих исследований в материале «Взгляд в бездну». Также мы писали о других работах на эту тему, в частности, об имитации получения информации из черной дыры при помощи квантовой телепортации и проверке одного из ключевых принципов общей теории относительности при помощи черной дыры в центре Млечного Пути.

Тимур Кешелава, Александр Войтюк