Чёрная дыра в центре гигантской галактики M87 уже несколько лет остаётся одним из самых изучаемых объектов современной астрономии. Именно она в 2019 году стала первой чёрной дырой в истории, которую человечеству удалось увидеть напрямую. Тогда опубликованное изображение с ярким светящимся кольцом вокруг тёмной области стало настоящей научной сенсацией и одним из главных символов современной астрофизики.
Теперь международная группа исследователей представила новые результаты наблюдений. Благодаря повторному анализу данных и совершенствованию методов обработки информации астрономы получили ещё более подробные изображения окрестностей сверхмассивной чёрной дыры. Новые снимки позволяют глубже понять процессы, происходящие в непосредственной близости от объекта, где привычные законы физики работают в экстремальных условиях.
Почему именно M87 привлекает внимание учёных
Галактика M87 расположена примерно в 55 миллионах световых лет от Земли в скоплении Девы.
Она относится к числу крупнейших эллиптических галактик ближайшей части Вселенной.
В её центре находится одна из самых массивных известных сверхмассивных чёрных дыр.
По современным оценкам, её масса превышает массу Солнца примерно в несколько миллиардов раз.
Именно огромные размеры делают этот объект удобным для наблюдений, несмотря на огромное расстояние до него.
Как вообще можно увидеть чёрную дыру
Сама чёрная дыра не испускает свет.
Её гравитация настолько сильна, что даже фотоны не способны покинуть область внутри горизонта событий.
Поэтому астрономы наблюдают не саму чёрную дыру, а окружающее её вещество.
Газ и пыль, вращаясь вокруг центра, разогреваются до чрезвычайно высоких температур.
В результате возникает яркое излучение, которое можно зарегистрировать современными радиотелескопами.
На изображении это выглядит как светящееся кольцо вокруг тёмной центральной области.
Именно эта тень и указывает положение самой чёрной дыры.
Телескоп размером с Землю
Получить столь детальное изображение оказалось чрезвычайно сложно.
Для этого использовался проект Event Horizon Telescope — международная сеть радиотелескопов, расположенных в различных странах.
Работая одновременно, они образуют виртуальный инструмент, размеры которого сопоставимы с диаметром Земли.
Такой подход обеспечивает чрезвычайно высокое угловое разрешение, необходимое для изучения объектов столь малого видимого размера.
Без объединения десятков обсерваторий подобные наблюдения были бы невозможны.
Новые методы обработки данных
С момента получения первых изображений вычислительные методы значительно совершенствовались.
Исследователи смогли повторно обработать огромный объём накопленных наблюдений.
Современные алгоритмы позволяют:
- эффективнее устранять помехи;
- объединять данные разных телескопов;
- повышать чёткость изображения;
- лучше восстанавливать структуру излучения.
В результате удалось увидеть детали, которые раньше были практически незаметны.
Светящееся кольцо оказалось ещё сложнее
Новые изображения показывают, что структура окружающего кольца вовсе не является идеально однородной.
Яркость распределяется неравномерно.
Отдельные области светятся значительно интенсивнее других.
Подобная картина отражает сложное движение горячего вещества вокруг чёрной дыры.
Газ вращается с огромной скоростью, испытывает влияние колоссальной гравитации и постоянно изменяет своё распределение.
Материя находится в непрерывном движении
В непосредственной близости от горизонта событий вещество ведёт себя крайне динамично.
Оно:
- образует плотный аккреционный диск;
- разогревается до миллионов градусов;
- сталкивается;
- закручивается мощными магнитными полями;
- постепенно падает внутрь чёрной дыры.
Все эти процессы делают окрестности M87 одной из самых экстремальных природных лабораторий во Вселенной.
Почему одна сторона кольца ярче другой
На изображениях хорошо заметно, что одна часть кольца выглядит значительно ярче.
Причина заключается в движении вещества.
Газ вращается с околосветовыми скоростями.
Та сторона диска, которая движется в направлении Земли, кажется ярче из-за релятивистских эффектов.
Напротив, противоположная сторона выглядит более тусклой.
Подобная асимметрия полностью соответствует современным теориям.
Огромные магнитные поля
Исследования показывают, что важнейшую роль в поведении вещества играют магнитные поля.
Они участвуют в:
- переносе энергии;
- ускорении заряжённых частиц;
- формировании структуры диска;
- возникновении мощных выбросов вещества.
Именно взаимодействие гравитации и магнитных полей определяет многие процессы возле сверхмассивных чёрных дыр.
Источник гигантской космической струи
Галактика M87 давно известна своим огромным релятивистским джетом.
Из её центра вырывается поток вещества длиной в тысячи световых лет.
Эта струя наблюдается практически во всех диапазонах электромагнитного спектра.
Новые изображения помогают лучше понять область, где подобный выброс зарождается.
Хотя все детали механизма ещё продолжают изучаться, становится ясно, что ключевую роль играют магнитные поля и быстро вращающееся вещество возле чёрной дыры.
Проверка фундаментальных законов природы
Окрестности сверхмассивных чёрных дыр являются одним из немногих мест во Вселенной, где можно проверять современные представления о гравитации в экстремальных условиях.
Каждое новое изображение позволяет сравнивать реальные наблюдения с результатами компьютерного моделирования.
До настоящего времени полученные данные хорошо согласуются с предсказаниями общей теории относительности.
Это не означает завершения исследований — напротив, чем выше становится точность наблюдений, тем строже можно проверять существующие модели.
Почему наблюдения продолжаются
Учёные не ограничиваются получением одного красивого снимка.
Главная задача состоит в том, чтобы наблюдать изменения объекта во времени.
Аккреционный диск постоянно меняется.
Горячие области перемещаются.
Магнитные поля перестраиваются.
Поэтому серия наблюдений позволяет увидеть своеобразный «фильм» жизни вещества возле чёрной дыры.
Следующее поколение телескопов
Международные проекты продолжают развиваться.
К существующей сети радиотелескопов постепенно подключаются новые обсерватории.
Это позволит:
- увеличить чувствительность;
- повысить разрешение;
- получать изображения быстрее;
- исследовать большее количество сверхмассивных чёрных дыр.
В перспективе астрономы надеются наблюдать процессы возле горизонта событий с ещё большей детализацией.
Каждый новый снимок помогает понять самые экстремальные объекты Вселенной
Чёрная дыра в центре галактики M87 остаётся одним из важнейших объектов современной астрофизики. Новые изображения демонстрируют, насколько сложными и динамичными являются процессы, происходящие в непосредственной близости от горизонта событий. Здесь сталкиваются колоссальная гравитация, сверхгорячая плазма, мощные магнитные поля и скорости, близкие к скорости света.
Каждый этап совершенствования методов наблюдений позволяет получать всё более подробную информацию о природе этих загадочных объектов. Исследования M87 помогают не только понять устройство конкретной сверхмассивной чёрной дыры, но и приблизиться к ответам на фундаментальные вопросы о работе гравитации, формировании галактик и эволюции самых мощных объектов во Вселенной.
Источники:
Статья создана по материалам UniverseToday.com
