Сделав первое изображение черной дыры, ученые сейчас снимают видео, чтобы пролить больше света на одну из величайших загадок Вселенной. Фото предоставлено: сотрудничество EHT
Первые движущиеся изображения черной дыры могут выявить плазменные вихри и коллапсирующие звезды, углубляя наше понимание Вселенной.
Распространенное заблуждение долгое время приравнивало черные дыры в космосе к небытию, «концу всего». Но глобальной команде ученых, в том числе исследователям из ЕС, удалось сфотографировать их и найти достаточно новых доказательств, чтобы продвинуть свое расследование еще дальше.
Голландско-немецкий астроном и профессор Хейно Фальке — один из тех, кто хочет понять «крайнюю грань наших знаний» — черные дыры.
Фальке — профессор астрофизики частиц и радиоастрономии в Университете Радбауд в Нидерландах и один из руководителей Телескопа горизонта событий (EHT), глобальной сети телескопов, которые сделали первое изображение черной дыры в 2019 году.
Вместе со своими коллегами он теперь хочет пойти еще дальше и создать первое видео этих невероятных и загадочных космических объектов.
По словам Фальке, дальнейшее понимание черных дыр будет иметь решающее значение для нашего понимания Вселенной, а новый проект BlackHolistic, который продлится до 2029 года, должен дать важные подсказки.
Ученые хотят использовать финансирование для дальнейшего продвижения исследований EHT и углубления наших знаний о черных дырах с помощью суперкомпьютерного оборудования и нового радиотелескопа в Намибии.
«Черные дыры в определенной степени имеют ту же физику, что и Большой взрыв», — сказал Фальке. «Они также важны с астрофизической точки зрения, поскольку являются наиболее эффективными производителями энергии во Вселенной и, в конечном счете, очень интересны. Это мифические объекты, в которых время, кажется, остановилось».
Изображения из далекой-далекой галактики
В 2019 году EHT использовал свою глобальную сеть для создания изображения черной дыры в центре M87, галактики в 54 миллионах световых лет от Земли.
Это был первый проблеск «тени» черной дыры, темного пятна, обозначающего ее «горизонт событий», границу, за которой ничто — материя, энергия или даже свет — не может избежать ее гравитационного притяжения.
За это изображение в высоком разрешении Фальке получил Премию Бальзана 2023 года в размере 760 000 евро. «Это было совершенно потрясающе», — сказал он. «Это одна из величайших наград в науке». Он также написал бестселлер о своих исследованиях под названием «Свет во тьме».
В 2022 году EHT опубликовал изображение Стрельца А*, черной дыры в центре нашего Млечного Пути.
Теперь Фальке и команда британских, голландских, финских и намибийских астрономов из BlackHolistic будут работать с EHT над съемкой революционного видео черных дыр.
Целью использования нового 15-метрового телескопа в Намибии под названием Africa Millimeter Telescope (AMT) является создание многочасовых видеороликов закрученной плазмы и газа вокруг горизонтов событий M87 и Стрельца A*.
«Мы сделали первое изображение черной дыры. Теперь мы хотим сделать еще один шаг вперед. Мы хотим снять первый фильм о черной дыре», — сказал Фальке.
Объединив AMT с существующими телескопами EHT в Северной и Южной Америке, Европе и на Южном полюсе, команда сможет дольше удерживать черную дыру в поле зрения этих телескопов. Это облегчает съемку.
Задача: работа с огромными объемами космических данных
M87 — сверхмассивная черная дыра, примерно в 6 миллиардов раз больше нашего Солнца. Тем не менее, это трудно увидеть. Его горизонт событий примерно равен размеру нашей Солнечной системы, но находится далеко от нас.
По мере вращения Земли черная дыра становится видимой в различные телескопы по всему миру, что позволяет собирать непрерывные изображения и составлять их каждые несколько дней.
Для Стрельца А*, который намного меньше и имеет массу около 4 миллионов солнечных, изображения необходимо делать каждые пять минут, чтобы обнаружить изменения вокруг черной дыры.
Телескопы наблюдают за черными дырами с помощью радиоволн, объединяя полученные изображения с помощью процесса, в котором используются электромагнитные волны для извлечения информации и создания единого изображения. В настоящее время этого невозможно достичь с помощью одного телескопа.
Материал вокруг Стрельца А*, в основном газообразный, движется гораздо быстрее, чем материал вокруг M87, совершая оборот по орбите за несколько часов, по сравнению с двумя неделями для M87. Для соблюдения требований требуется использование намибийского AMT.
Объем данных, производимых телескопами, ошеломляет: пять петабайт и более или 5 миллиардов гигабайт — слишком много для передачи через Интернет за разумный промежуток времени. Вместо этого данные должны быть физически перевезены на центры обработки в США и Германии.
Что касается предстоящих видеороликов о черных дырах, Фальке предупредил: «Будет только хуже. Впереди еще много данных».
Увидим ли мы, как звезды разрываются на части?
Майкл Крамер, который вместе с Фальке был одним из лидеров предыдущей космической инициативы BLACKHOLECAM 2014-2020, сказал, что создание видео черных дыр предоставит гораздо больше информации, чем отдельные изображения. Крамер — директор Института радиоастрономии Макса Планка в Германии.
По его словам, ранее опубликованные изображения «показали это яркое пятно вокруг него» — большие сгустки плазмы, пожираемые черной дырой.
По его словам, эти яркие пятна будут перемещаться на видео. «Если вы посмотрите, как движется эта плазма, вы получите гораздо лучшее понимание динамики. Вы также сможете лучше понять геометрию и ориентацию черной дыры».
Это движение должно позволить гораздо более точно измерить массу черной дыры, точно так же, как мы можем вычислить массу Солнца, «наблюдая за планетами и их орбитами вокруг центра Солнечной системы», объяснил Крамер.
Направление плазмы также показывает ориентацию вращающегося вокруг нее материала, поскольку он медленно теряет энергию и движется по спирали внутрь. Возможно, даже удастся наблюдать, как черная дыра разрывает звезду на части, если она подойдет слишком близко.
«Это было бы здорово», — сказал Фальке. «Если это так, мы готовы».
Тайна вселенной
«Черные дыры — часть нашей истории», — сказал он. «Некоторых элементов в наших телах не было бы здесь, если бы черные дыры не разносили их по всей Вселенной».
Он охарактеризовал исследовательские усилия BlackHolistic как «несколько смелые». Однако он отметил, что черные дыры, по сути, являются «самыми простыми объектами во Вселенной, поскольку они описываются только двумя числами: сколько у них массы и насколько они вращаются».
«Каждая клетка вашего тела бесконечно сложнее черной дыры».
Несмотря на эту напускную простоту, существует большая неопределенность в отношении границ пространства и времени внутри черной дыры, которая до сих пор озадачивает исследователей.
«Я ищу тайну Вселенной, — сказал Фальке, — и верю, что эта тайна всегда будет».
Первые видеоролики о черных дырах дадут хотя бы некоторые ответы.
Информация от: Horizon: журнал ЕС по исследованиям и инновациям.
