В центре Млечного Пути находится очень компактный и яркий источник радиоволн. Он называется Стрелец А* и представляет собой сверхмассивную черную дыру, масса которой примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Это небесное тело, вокруг которого совершают свое вращательное движение все звезды Млечного Пути, включая нашу собственную.
Этот результат дает неопровержимые доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и ценные подсказки о том, как она работает. Изображение было создано глобальной исследовательской группой Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration. Это изображение — долгожданный взгляд на огромный объект в центре нашей галактики. Хотя мы не можем увидеть саму черную дыру, поскольку она абсолютно темная, светящийся газ вокруг нее оставляет заметные следы.
Темная центральная область, известная как тень, черной дыры окружена яркой кольцевой структурой. На снимке запечатлен свет, искривленный мощной гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца. Наблюдения говорят нам об активной сверхмассивной черной дыре, которая притягивает к себе материал и заставляет его погружаться в свою пасть. За прошедшие годы удалось изучить звезды, вращающиеся вокруг Стрельца А*, и световые выбросы от падающего материала внутри нее.
Предыдущие наблюдения за нашей сверхмассивной черной дырой
6 октября 2002 года международная группа исследователей опубликовала результаты 10-летних наблюдений за движением звезды S2 вблизи Стрелец A*. Изучив ее орбиту, были оценены масса и радиус сверхмассивной черной дыры. Более поздние наблюдения определили массу в 3,7 млн солнечных масс в объеме с радиусом в 6,25 световых часов, или 6,7 млрд км.
Недавние прямые наблюдения с помощью EHT выявили магнитное поле, связанное с Стрелец A*, которое питает саму черную дыру. Ее активность в центре Млечного Пути превращает ее в своего рода двигатель, который, поглощая материю из того, что проходит поблизости, производит энергию в виде интенсивного излучения.
Стрелец А* выглядит просто пятнышком, если смотреть с Земли, удаленной от нас на 26 000 световых лет. Поэтому для получения его изображения требуется невероятно высокое разрешение.
Первое изображение черной дыры было получено EHT в 2019 году. Это была сверхмассивная черная дыра в центре галактики Мессье 87. EHT смог разрешить этот объект благодаря системе синхронизации нескольких телескопов, разбросанных по всей поверхности Земли. В частности, астрономы использовали Very-Long-Baseline-Interferometry (VLBI) — метод, который объединяет наблюдательную мощность и данные телескопов по всему миру для создания гигантского виртуального радиотелескопа.
Наличие нескольких телескопов на разных широтах Земли в сочетании с вращением Земли приводит к созданию телескопа размером с Землю. Каждый из этих телескопов оснащен антенной с чрезвычайно точными атомными часами для регистрации времени, в которое регистрируются радиосигналы от целевого объекта.
Как мы впервые увидели черную дыру Стрелец A*
«Мы были поражены тем, как размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна«, — сказал научный сотрудник проекта EHT Джеффри Боуэр из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica в Тайбэе. «Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в центре нашей галактики. И они предлагают новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением.«
Стрелец A* и M87* кажутся удивительно похожими, несмотря на то, что черная дыра в нашей галактике более чем в тысячу раз меньше и менее массивна, чем M87*.
«У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр. Однако вблизи края эти черные дыры выглядят удивительно похожими«, — говорит Сера Маркофф, сопредседатель научного совета EHT и профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета. «Это говорит нам о том, что общая относительность управляет этими объектами вблизи, а любые различия, которые мы видим дальше, должны быть вызваны различиями в материале, окружающем черные дыры«.
Почему было так сложно увидеть Стрелец A*?
Это оказалось значительно сложнее, чем для M87*, несмотря на то, что Стрелец A* находится гораздо ближе к нам. Ученый EHT Чи-Кван Чан из обсерватории Стюард, факультета астрономии и Института науки о данных Аризонского университета, США, объясняет:
«Газ в окрестностях черных дыр движется с одинаковой скоростью — почти так же быстро, как свет — вокруг Стрелец A* и M87*. Но там, где газу требуются дни или недели, чтобы совершить оборот вокруг большей M87*, в гораздо меньшей Стрелец A* он совершает оборот за минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Стрелец A* быстро менялись, пока коллаборация EHT наблюдала за этим».
Чтобы описать движение газа вокруг Стрелец A*, исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты. M87* была более легкой и стабильной целью, в отличие от «нашей» черной дыры. Изображение Стрелец A* представляет собой среднее значение нескольких изображений, полученных командой, что позволило впервые увидеть гиганта, скрывающегося в центре нашей галактики.
Экстраординарный результат и его последствия
Результат, полученный с помощью EHT, является экстраординарным. Еще одна часть истории, которая имеет место, огромный прогресс в научной сфере. Не только за наши знания о Млечном Пути или за то, чему он нас учит, но и потому, что он еще раз подтверждает, куда могут двигаться научные исследования.
Работа велась в течение пяти лет с использованием суперкомпьютеров для объединения и анализа данных, при этом была собрана беспрецедентная библиотека смоделированных черных дыр для сравнения с наблюдениями. Усилия более чем 300 исследователей из 80 институтов по всему миру, которые вместе составляют коллаборацию EHT, позволили добиться этого замечательного достижения.
«Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные подсказки о том, как работает этот важный процесс«, — сказал ученый EHT Кейичи Асада из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica, Тайбэй. «У нас есть изображения двух черных дыр — одной на большом и одной на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Таким образом, мы можем пойти гораздо дальше в проверке поведения гравитации в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде«.
В будущем EHT может раскрыть еще более глубокие тайны радиоизлучения Стрельца А*. Его данные в сочетании с данными новых рентгеновских телескопов и будущих передовых технологий могут позволить нам исследовать неизученные глубины галактического центра. Будущие наземные телескопы, такие как Европейский чрезвычайно большой телескоп, Квадратный километровый массив и все другие, находящиеся в стадии разработки, будут иметь огромное значение в этом поиске. Чтобы помочь нам уловить свет космоса и понять таинственную красоту того, что мы называем домом.