В центре нашей галактики лежит сверхмассивная черная дыра. Она имеет название Стрелец A * или Sgr A * для краткости. В течение миллиардов лет в нее падали окружающие газ и пыль. Каждые 10 000 лет или около того она проглатывает соседнюю звезду.

Sgr A * – вероятно, самая близкая к нашей планете. Но мы не знаем, как она выглядит. Потому что мы не можем ее сфотографировать.

И это относится ко всем черным дырам.

Черная дыра достаточно распространенный объект в нашей Вселенной. Но имеет, по космическим меркам, очень маленькие размеры. И у нас пока нет инструментов, позволяющих получить изображения любой из них.

Те изображения, которые вы видите в Интернете или в телевизионных документальных фильмах, являются иллюстрациями или симуляциями. Они основаны на косвенных доказательствах, полученных при наблюдениях за пространством вокруг черной дыры. Ученые не сомневаются в том, что черные дыры существуют. Но без изображений они не могут доказать это наверняка.

Все это может измениться.

В течение последних четырех лет команда из примерно 200 ученых и инженеров работала, чтобы создать образ Sgr A *. Он станет нашей первой картиной черной дыры. Инициатива, названная Телескопом Горизонта событий (EHT), завершила сбор данных в апреле 2017 года. В настоящее время исследователи анализируют ее.

Это может показаться невероятным, но генерация грубого изображения Sgr A * является эквивалентом чтения газетного заголовка на человеком, находящимся на .

Полученное изображение может помочь ученым в поисках ответов на многие острые вопросы современной астрофизики. Их можно сформулировать так: что происходит со светом и материей, когда они падают в черную дыру? Что представляют собой потоки энергии, которые выбрасывает черная дыра? Какую роль сыграли черные дыры в образовании ?

Хотя это маловероятно, но результаты EHT могут даже потребовать корректировки общей теории относительности Эйнштейна.

Факты о черных дырах

Черные дыры, как считается, возникают тогда, когда очень массивная звезда сжигает через свое ядерное топливо и сжимается в невероятно плотную точку или сингулярность.

Когда газ, звезды и другое вещество приближаются к черной дыре, они притягиваются к горизонту событий, воображаемой оболочке вокруг сингулярности. Ничто из того, что пересекает порог горизонта событий, и не может выйти из гравитационного поля черной дыры. И по мере того как материя падает в нее, черная дыра становится более массивной, а горизонт событий расширяется.

Черные дыры существуют в космосе повсеместно. Супермассивные лежат в центре большинства галактик. Однако менее массивные черные дыры распространены гораздо больше. В нашей галактике, вероятно, существует около 100 миллионов черных дыр. Хотя мы идентифицировали пока только несколько десятков.
Что касается Sgr A *, то она удалена примерно на 26 000 световых лет от Земли. И имеет массу в четыре миллиона раз большую, чем у Солнца. По оценкам ученых она не слишком большая. Например , также изучаемая учеными EHT, Messier 87 (M87), находящаяся в центре кластера Девы, имеет массу почти в семь миллиардов раз большую, чем у Солнца.

EHT выбрал для работы Sgr A * и M87, потому что они являются самыми большими сверхмассивными черными дырами, наблюдаемыми с Земли. Это самые простые и доступные кандидаты для анализа.

Как сделать снимок черной дыры, если она черная?

Хороший вопрос. На самом деле черные дыры такие же черные, как окружающее их пространство. Любой свет, который попадает в них, никогда не выходит обратно.

Но вокруг черной дыры есть свет от светящегося вихря перегретого вещества, который падает в черную дыру. Когда этот свет проходит вблизи , он изгибается и искажается притяжением сильной гравитации черной дыры.

Эта гравитационная линза очерчивают темную область, называемую тенью черной дыры. Ожидается, что размер тени должен быть в два с половиной раза больше размера горизонта событий. А размер горизонта событий пропорционален массе черной дыры. Для Sgr A * это около 30 миллионов километров. В случае с M87, другой черной дыры, которую изучает EHT, он в тысячу раз больше.

Поэтому изучая тень черной дыры, исследователи EHT могут понять ее размеры.

Таким образом, технически говоря, ученые EHT не будут создавать изображение черной дыры. Они будут использовать информацию об ее тени, чтобы получить необходимую информацию об этом объекте.

Визуализация черных дыр не является возможной (по крайней мере, сейчас). Поэтому ученые рассматривают использование теневых изображений для получения доказательств их существования.

Сеть телескопов

Sgr A * настолько мала, что у нас нет ни одного телескопа, который может разглядеть ее достаточно подробно. Мы пока не можем создать фотографию подобного объекта с высоким разрешением.

Ученые EHT преодолели эту проблему, объединив семь телескопов, расположенных по всему миру. Они использовали метод, называемый очень длинной базовой интерферометрией (VLBI). Результатом работы стал «виртуальный телескоп» с разрешающей способностью, близкой к диаметру Земли.

В течение недели в апреле 2017 года все семь телескопов EHT регистрировали сигналы от Sgr A *. Семь атомных часов регистрировали время поступления сигналов на каждом телескопе.

Природа сигналов, и то, когда они будут зарегистрированы каждым телескопом, позволит ученым построить изображение Sgr A *. Но это займет некоторое время. Телескопы EHT собрали много данных. Их хватит, чтобы заполнить 10 000 ноутбуков.

Лучи смерти

Ученым особенно интересно получить информацию о массивных струях энергии, которые исходят из черных дыр.

Эти струи образуются, когда вещество вне черной дыры нагревается до миллиардов градусов. Оно закручивается в так называемом аккреционном диске. Некоторая часть его проходят точку невозврата – горизонт событий и падает в черную дыру.

Но черные дыры – привередливые едоки. Некоторая часть вещества, выбрасывается из аккреционного диска в форме плотно сфокусированных струй. Эти струи движутся потом почти со скоростью света на расстоянии в десятки тысяч световых лет.

Возможно, что у Sgr * A нет струй. За последние несколько десятилетий она была не очень активной.

Но если струи действительно существуют, телескопы EHT будут получать об этом информацию. Затем команда EHT сможет использовать ее, чтобы попытаться ответить на некоторые нерешенные вопросы об этом явлении.

До недавнего времени доказательства, подтверждающие теорию общей теории относительности (ОТО), были получены из наблюдений за нашей . Но условия в нашем маленьком пятачке Вселенной довольно мягкие. Условия, обнаруженные вблизи черной дыры, позволят подвергнуть ее более серьезному испытанию.

Чёрной дырой называют область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не может даже свет. Разросшиеся до гигантских размером чёрные дыры образуют ядра большинства галактик.

Сверхмассивная чёрная дыра - это чёрная дыра с массой около 10 5 -10 10 масс Солнца. По состоянию на 2014 год сверхмассивные чёрные дыры обнаружены в центре многих галактик, включая наш Млечный Путь.

1. Самая тяжёлая сверхмассивная чёрная дыра за пределами нашей галактики находится в галактике в гигантской эллиптической галактики NGC 4889 в созвездии Волосы Вероники. Её масса - около 21 млрд солнечных масс!

На этом снимке - галактика NGC 4889 находится в центре. Где-то там притаился тот самый гигант. (Фото NASA):

2. Общепринятой теории образования чёрных дыр такой массы ещё нет. Существует несколько гипотез, наиболее очевидной из которых является гипотеза, описывающая постепенное наращивание массы чёрной дыры путём гравитационного притяжения материи (обычно газа) из космического окружающего пространства. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме.

Сверхмассивная чёрная дыра и её аккреционный диск в представлении художника. (Фото NASA):

3. Спиральная галактика NGC 4845 (тип Sa) в созвездии Дева, находящаяся на расстоянии 65 миллионов световых лет от Земли. В центре галактики находится сверхмассивная чёрная дыра с массой около 230 000 солнечных масс. (Фото NASA):

4. Космическая обсерватория Chandra (Chandra X-ray Observatory, NASA) не так давно предоставила доказательства о том, что многие сверхмассивные черные дыры вращаются с огромной скоростью. Измеренная скорость вращения одной из черных дыр - 3.5 трлн. миль/час - это примерно половина скорости света, а её невероятная гравитация тянет за собой окружающее пространство на много миллионов километров. (Фото NASA):

5. Спиральная галактика NGC 1097 в созвездии Печь. В центре галактики находится сверхмассивная черная дыра, которая в 100 миллионов раз тяжелее нашего Солнца. Она засасывает в себя любую материю в окру́ге. (Фото NASA):

6. Мощнейший квазар в галактике Маркарян 231 может получать энергию от двух расположенных в центре черных дыр, которые кружатся вокруг друг друга. Согласно подсчетам ученых, масса центральной черной дыры превышает солнечную массу в 150 миллионов раз, масса черной дыры-спутника больше солнечной в 4 миллиона раз. Этот динамический дуэт поглощает галактическую материю и вырабатывает огромное количество энергии, вызывающее сияние в центре галактики, способное затмить сияние миллиардов звезд.

Квазары - самые яркие источники во Вселенной, свет которых ярче чем сияние их галактик. Есть гипотеза, что квазары представляют собой ядра далеких галактик на стадии необычно высокой активности. Квазара в центре галактики Маркарян 231 - это самый близкий к нам подобный объект и проявляет себя как компактный радиоисточник. Ученые оценивают его возраст всего в миллион лет. (Фото NASA):

7. Гигантская эллиптическая галактика M60 и спиральная галактика NGC 4647 выглядят очень странной парой. Они обе находятся в созвездии Дева. Яркая M60, находящаяся на расстоянии около 54 миллионов световых лет от нас, имеет простую форму яйца, которая создаётся беспорядочно роящимися старыми звёздами. NGC 4647 (вверху справа), напротив, состоит из молодых голубых звёзд, газа и пыли, которые расположены в закрученных рукавах плоского вращающегося диска.

В центре М60 находится сверхмассивная черная дыра, имеющая 4,5 млрд солнечных масс. (Фото NASA):

8. Галактика 4C+29.30, расположенная на расстоянии 850 миллионов световых лет от Земли. В центре находится сверхмассивная чёрная дыра. Ёе масса в 100 миллионов раз больше массы нашего Солнца. (Фото NASA):

9. Астрономы долгое время искали подтверждение того, что Стрелец А - наша сверхмассивная черная дыра в центре Млечного пути, является источником струи плазмы. Наконец, они нашли его, - об этом говорят новые результаты, полученные рентгеновской обсерваторией Chandra (Чандра) и радиотелескопом VLA. Эта струя или джет образуется за счет поглощения вещества сверхмассивной черной дырой и ее существование давно предсказывалось теоретиками. (Фото NASA):

10. Используя самые качественные рентгеновские снимки, астрономы нашли первый очевидный факт того, что массивные черные дыры были схожи в Ранней Вселенной. Исследования и наблюдения отдаленных галактик показали, что они все обладают схожими супермассивными черными дырами. В Ранней Вселенной было найдено по меньшей мере 30 миллионов супермассивных схожих черных дыр. Это в 10 000 раз больше, чем предполагалось ранее.

На рисунке художника изображена растущая супермассивная черная дыра. (Фото NASA):

11. Спиральная галактика NGC 4945 с перемычкой (SBc) в созвездии Центавр. Она достаточно похожа на нашу Галактику, однако рентгеновские наблюдения показывают наличие ядра, вероятно, содержащего активную сверхмассивную чёрную дыру. (Фото NASA):

12. Скопление PKS 0745-19. Черная дыра, находящаяся в центре, является одной из 18 крупнейших известных черных дыр во Вселенной. (Фото NASA):

13. Мощный поток частиц из сверхмассивной черной дыры, ударивший по расположенной рядом галактике. Астрономы наблюдали столкновения галактик и раньше, но такой «космический выстрел» зафиксирован впервые. «Инцидент» произошел в звездной системе, расположенной на расстоянии 1,4 млрд. световых лет от Земли, где в настоящее время идет процесс слияния двух галактик. «Черная дыра» большей из двух галактик, которую астрономы сравнивают со «Звездой смерти» из киноэпопеи «Звездные войны», выбросила мощный поток заряженных частиц, который угодил прямо в галактику, находящуюся по соседству. (Фото NASA):

14. Найдена самая молодая чёрная дыра. Прародительницей новичка стала сверхновая, вспыхнувшая всего 31 год назад. (Фото Chandra X-ray Observatory Center):

15. Художественное изображение черной дыры, поглощающей космическое пространство. Со времени теоретического предсказания чёрных дыр оставался открытым вопрос об их существовании, так как наличие решения типа «чёрная дыра» ещё не гарантирует, что существуют механизмы образования подобных объектов во Вселенной. (Фото NASA):

16. Вспышки на черной дыре в спиральной галактике M83 (известна также под названием Южная Вертушка), полученные с помощью космической рентгеновской обсерватории НАСА «Чандра». Южная Вертушка находится на расстоянии приблизительно 15 миллионов световых лет от нас. (Фото NASA):

17. Спиральная галактика NGC 4639 с перемычкой в созвездии Дева. NGC 4639 скрывает массивную черную дыру, которая поглощает космический газ и пыль. (Фото NASA):

18. Галактика M 77 в созвездии Кит. В центре неё - сверхмассивная черная дыра. (Фото NASA):

19. Художники изобразили черную дыру нашей Галактики – Стрелец A*. Это объект огромной массы. По анализу элементов орбит вначале было определено, что вес объекта составляет 2.6 млн солнечных масс, причем эта масса заключена в объёме не более 17 световых часов (120 а. e.) в диаметре. (Фото NASA):

20. Заглянуть в жерло чёрной дыры. Получить уникальное изображение жерла черной дыры и редких явлений в ее окрестностях удалось астрономам японского аэрокосмического агентства ДЖАКСА с помощью инфракрасной космической лаборатории NASA WISE. Объектом наблюдения WISE стала черная дыра в 6 раз превышающая массу солнца и значащаяся в каталогах под названием GX 339-4. Рядом с GX 339-4, находящейся на расстоянии более 20 тыс. световых лет от Земли, обращается звезда, вещество которой затягивается в черную дыру под воздействием ее чудовищного гравитационного поля, которое в 30 тыс. раз сильнее, чем на поверхности нашей планеты. При этом часть данного вещества выбрасывается от черной дыры в обратном направлении, образуя струи частиц, движущихся на околосветовых скоростях. (Фото NASA):

21. Галактика NGC 3081 в созвездии Гидра. Находится на расстоянии около 86 миллионов световых лет от Солнечной системы. Как считают ученые, в центре NGC 3081 находится сверхмассивная чёрная дыра. (Фото NASA):

22. Спит и видит сны. Почти десять лет назад космическая рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» зафиксировала признаки того, что, по-видимому, является черной дырой, которая поглощает газ прямо в центре ближайшей галактики Скульптор. И вот в 2013 году космический телескоп НАСА NuSTAR, который регистрирует жесткое рентгеновское излучение, бросает беглый взгляд в том же направлении и обнаруживает мирно спящую черную дыру (за последние 10 лет перешла в неактивное состояние).

Масса спящей черной дыры примерно в 5 миллионов раз больше массы нашего Солнца. Черная дыра находится в центре галактики Скульптор, известной также как NGC 253. (Фото NASA):

23. Плазма, выбрасываемая сверхмассивными черными дырами в центрах галактик может переносить огромное количество энергии на гигантские расстояния. Область 3C353 в свете рентгеновских лучей телескопов Чандра и Very Large Array окружена плазмой, выброшенной одной из черных дыр. На фоне гигантских «перьев» излучения галактики выглядят крошечными точками в центре. (Фото NASA):

24. Так по мнению художника может выглядеть сверхмассивная черная дыра с массой от нескольких миллионов до миллиардов раз больше массы нашего Солнца. Трудность образования сверхмассивной чёрной дыры заключается в том, что достаточное для этого количество вещества должно быть сконцентрировано в относительно небольшом объёме. (Фото NASA).

Как на самом деле выглядит черная дыра? Может, это действительно портал в иную вселенную? Или ее можно использовать для путешествий в пространстве и времени?Международная команда ученых, в которую, скорее всего, войдут и датчане, намерена сфотографировать черную дыру, чтобы увидеть, как она выглядит. Раньше не делалось ничего подобного.

Если удастся получить изображения черной дыры, мы приблизимся к пониманию природы этого загадочного явления, объясняет Уффе Грое Йоргенсен (Uffe Gråe Jørgensen) из Института Нилься Бора при Копенгагенском университете, который в настоящее время работает над включением Дании в проект.

«По-моему, это крайне интересно. Всегда здорово получить возможность проверить какие-то теории, а сейчас речь идет об исключительных теориях в связи с поведением света и материи в экстремальных условиях черной дыры», - говорит Уффе Грое Йоргенсен, преподаватель кафедры астрофизики и планетарных исследований.

Снимки черных дыр могут открыть новое поле исследований

Сфотографировать черную дыру - непростая задача. Для этого требуются правильные условия, так что ученые намерены воспользоваться новым Гренландским телескопом, который разместят на ледяном щите Гренландии.

Если удастся получить фотографии черной дыры, они могут открыть совершенно новое поле исследований, подтверждает не участвующий в проекте профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй (Ulrik Ingerslev Uggerhøj) из Института физики и астрономии при университете Орхуса.

«Это положит начало так называемой физике сильных полей под воздействием силы тяжести. Откроется новая область, напоминающая наблюдения за гравитационными волнами, о которых объявили в феврале. Если получится сделать снимок черной дыры, это будет такой же прорыв, как гравитационные волны», - комментирует профессор.

Ученые помогли смоделировать черную дыру в «Интерстелларе»

До сих пор черные дыры наблюдали лишь через оптические телескопы, которые не давали возможности изучить их структуру. В этих телескопах черные дыры выглядят как темное пятно. Так что все, что прежде удавалось увидеть, - это материя, поглощаемая дырой.

Черная дыра в фильме «Интерстеллар»

Новые субмиллиметровые телескопы имеют настолько высокое разрешение, что позволяют разглядеть структуру черных дыр, поясняет Уффе Грое Йоргенсен.

Субмиллиметровый телескоп имеет длину волны меньше одного миллиметра. Он представляет собой нечто среднее между оптическим и радиотелескопом. Субмиллимитровый телескоп различает более длинные волны, чем у обычного инфракрасного излучения, но не настолько длинные, как у радиоизлучения.

До сих пор было невозможно увидеть содержимое черных дыр, так что ученые выдвигают различные теории. Увидеть, как наука представляет себе черные дыры, можно в фильме «Интерстеллар» (Interstellar).

«Это прекрасная анимация, не имеющая аналогов. В создании фильма участвовали выдающиеся ученые-специалисты по проблеме черных дыр, так что в их интересах было создать корректную картину. Вероятно, все выглядит именно так, как в фильме», - говорит Уффе Грое Йоргенсен.

Гренландский телескоп будут использовать одновременно с другими

Чтобы сфотографировать черную дыру, Гренландский телескоп объединят с телескопами в Чили и на Гавайях. Одновременно все три телескопа будут функционировать как один большой аппарат, «диаметр» которого соответствует расстоянию между ними, то есть составит несколько тысяч километров.

Так что выбор телескопа на территории Гренландии не случаен, объясняет ученый.

«Объект, на который они нацелятся, должен одновременно наблюдаться из трех разных мест, удаленных друг от друга на максимально возможное расстояние. Нельзя использовать телескопы и в восточном, и в западном полушариях, потому что тогда не получится наблюдать точку на небе в одно и то же время».

Телескоп разместят на льду

В настоящее время Гренландский телескоп находится на борту корабля, следующего из США в Каанаак на севере Гренландии. Корабль прибудет на место в течение лета, после чего телескоп соберут и установят на высшей точке поверхности гренландского ледника, где наблюдаются идеальные погодные и климатические условия.

«Гренландский телескоп будет помещен на высоту более трех километров. Многие думают, что там, где есть лед, много воды и, следовательно, высокая влажность. Возможно, это представление связано с тем, что у нас в Дании исключительно влажные зимы с температурой в районе нуля градусов и мокрым снегом. В действительности, при температуре −30 градусов очень сухо, потому что вся вода конденсируется и превращается в снег. Так что эта вершина - отличное место, она расположена на большой высоте, и там очень сухо».

Изображения черных дыр появятся лишь через несколько лет

Гренландский телескоп будет введен в строй не раньше 2017 года, но когда это произойдет, мы надеемся узнать много нового о черных дырах, говорит преподаватель из Копенгагена.

«Нам мало что известно о черных дырах, и мы будем над этим работать. Каково их гравитационное поле? Что происходит с материей, когда ее затягивает в черную дыру? Один из интереснейших вопросов - это могут ли большие черные дыры в центре галактик быть путем в другие вселенные либо в другие точки времени-пространства. Вот об этом мы хотим узнать что-нибудь новое. Мы не собираемся прямо завтра начать полеты через черные дыры, смысл не в этом. Но в долгосрочной перспективе наша работа даст много новой информации, которая может привести туда, где мы еще не бывали».

Гренландский телескоп - не единственный, который датские ученые используют для наблюдения за черными дырами. Он лишь часть проекта под названием Event Horizon Telescope, объединяющего девять телескопов, каждый из которых выполняет одни и те же задачи.

Неважно, какому из них выпадет честь сделать первые снимки черной дыры. Но, как сообщает профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй, окончательный выбор будет сделан в ближайшее время.

«Вопрос лишь в том, сколько нам придется ждать, но, по моему мнению, велики шансы, что мы увидим снимок в ближайшие пять лет».

Проект вдохновит молодых гренландцев

Наблюдение за черными дырами - не единственная цель проекта, продолжает Уффе Грое Йоргенсен.

«Это не просто большой научный проект, но и прекрасная возможность попытаться повлиять на гренландское общество, пробудить интерес местной молодежи к науке, вдохновить Гренландию на развитие высоких технологий. Это очень важная задача».

Аллан Финних (Allan Finnich), координатор научных исследований в сфере здравоохранения Среднегренландской гимназии, тоже считает, что необходимо стимулировать интерес гренландцев к естественнонаучным дисциплинам.

«Во многом необходимо повышать естественнонаучный интерес. Гренландии нужны ученые в этой области, а их не очень много. Сейчас нет возможности получать такое образование в Гренландии, надо ехать в Данию, что тоже является помехой».

Когда устанавливают телескоп, 10 % времени наблюдения, как правило, предоставляют ученым принимающей стороны. Ученые рассчитывают, что студенты гренландских гимназий тоже получат такую возможность. Но наладить сотрудничество непросто, и пока еще не ясно, что именно проект принесет Гренландии.

Учитель гимназии: нужно больше естественных наук

Если гренландским ученикам разрешат воспользоваться телескопом, интерес, несомненно, будет очень велик, считает научный координатор в сфере естественных наук Матиас Росдаль Йенсен (Mathias Rosdal Jensen).

«Думаю, это было бы очень интересно ученикам, ведь речь идет о собственном продукте Гренландии. Сейчас в стране множество датских или связанных с Данией обучающих материалов».

Уффе Грое Йоргенсен надеется, что телескоп станет источником вдохновения для молодых гренландцев.

«Прекрасная цель проекта с телескопом - развивать интерес и привлекать больше молодежи в сферу естественных наук».

Китай запустил на орбиту первый телескоп работы с жестким рентгеновским излучением, который поможет астрономам в изучении чёрных дыр. Об этом сообщило агентство Синьхуа.

Телескоп весом 2,5 тонны в настоящий момент находится на орбите на высоте 550 км. По словам директора лаборатории по астрофизическим измерениям Китайской академии наук (КАН) Чжан Шуаннань, помимо уже известных науке дыр астрономы рассчитывают обнаружить новые аналогичные космические объекты.

«Черные дыры представляют для науки большой интерес и потому будут занимать центральное место в рамках нашей исследовательской деятельности. Они выступают в качестве источника различных видов излучения, в том числе рентгеновского, а также космических лучей с высокой энергией, мощных ее выплесков», — пояснил Шуаннань.

Что представляет собой черная дыра?

Черная дыра — это область в пространстве и времени, характеризующаяся крайне большим гравитационным притяжением. Она как магнит притягивает к себе объекты, движущиеся с максимально возможной скоростью, в том числе мельчайшие частицы и электромагнитное излучение. Покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света.

Существует несколько теорий возникновения черных дых. Согласно одной из них, эти небесные тела возникают при взрыве крупных звезд.

Как она выглядит?

Как выглядит чёрная дыра, на самом деле пока не знает никто. Возможно, это так и останется вопросом, на который человечество никогда не сможет дать достоверного ответа. Дело в том, что черные дыры невидимы, так как даже свет, попавший в них, не может избежать их гравитационного поля.

Однако астрономы считают, что границы черной дыры должны быть видимы из-за радиации, излучаемой материалом, который поглощается. На 221-й встрече Американского Астрономического Общества ученые из Университета Калифорнии в Беркли представили гипотетические изображения такого объекта, сделанное с помощью компьютера. По их мнению, чёрная дыра вовсе не бесформенна, а имеет форму полумесяца. Это происходит потому, что сторона, обращенная к наблюдателю, по особым космическим причинам, всегда ярче обратной стороны. Темный круг, находящийся в центре полумесяца и есть черная дыра.

Как наблюдают чёрные дыры?

Таким образом, увидеть черную дыру в телескоп невозможно. Их обнаруживают благодаря свечению в районе горизонта событий. Так первая чёрная дыра была обнаружена в 1972 году благодаря тому, что она выступала в качестве источника мощного рентгеновского излучения.

Если чёрная дыра поглотила все вещество, которое её окружало, то её можно увидеть только через искажение лучей света от дальних звезд. «Если бы такие области не проявляли активность, мы бы их не могли обнаружить. Но когда в черную дыру попадает какой-то объект, он разгоняется, разогревается и начинает производить рентгеновское излучение, при анализе которого можно представить, что она собой представляет», — пояснил Чжан Шуаннань.

Однако, даже зафиксировав подобное излучение, астрономы не могут быть абсолютно уверены, что перед ними чёрная дыра, а не просто массивное, несветящееся тело. Считается, что помимо излучения, такие объекты можно обнаружить благодаря окружающим их облакам, которые содержат элементарные частицы, пыль, газы, метеориты, планеты и даже звезды.

Международная команда ученых, в которую, скорее всего, войдут и датчане, намерена сфотографировать черную дыру, чтобы увидеть, как она выглядит. Раньше не делалось ничего подобного.

Если удастся получить изображения черной дыры, мы приблизимся к пониманию природы этого загадочного явления, объясняет Уффе Грое Йоргенсен (Uffe Gråe Jørgensen) из Института Нилься Бора при Копенгагенском университете, который в настоящее время работает над включением Дании в проект.

«По-моему, это крайне интересно. Всегда здорово получить возможность проверить какие-то теории, а сейчас речь идет об исключительных теориях в связи с поведением света и материи в экстремальных условиях черной дыры», — говорит Уффе Грое Йоргенсен, преподаватель кафедры астрофизики и планетарных исследований.

Снимки черных дыр могут открыть новое поле исследований

Сфотографировать черную дыру — непростая задача. Для этого требуются правильные условия, так что ученые намерены воспользоваться новым Гренландским телескопом, который разместят на ледяном щите Гренландии.

Если удастся получить фотографии черной дыры, они могут открыть совершенно новое поле исследований, подтверждает не участвующий в проекте профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй (Ulrik Ingerslev Uggerhøj) из Института физики и астрономии при университете Орхуса.

«Это положит начало так называемой физике сильных полей под воздействием силы тяжести. Откроется новая область, напоминающая наблюдения за гравитационными волнами, о которых объявили в феврале. Если получится сделать снимок черной дыры, это будет такой же прорыв, как гравитационные волны», — комментирует профессор.

Ученые помогли смоделировать черную дыру в «Интерстелларе»

До сих пор черные дыры наблюдали лишь через оптические телескопы, которые не давали возможности изучить их структуру. В этих телескопах черные дыры выглядят как темное пятно. Так что все, что прежде удавалось увидеть, — это материя, поглощаемая дырой.

Новые субмиллиметровые телескопы имеют настолько высокое разрешение, что позволяют разглядеть структуру черных дыр, поясняет Уффе Грое Йоргенсен.

Контекст

Одиноко ли человечество во вселенной?

Жизнь во Вселенной - большая редкость?

Какая самая мощная сила во Вселенной?

До сих пор было невозможно увидеть содержимое черных дыр, так что ученые выдвигают различные теории. Увидеть, как наука представляет себе черные дыры, можно в фильме «Интерстеллар» (Interstellar).

«Это прекрасная анимация, не имеющая аналогов. В создании фильма участвовали выдающиеся ученые-специалисты по проблеме черных дыр, так что в их интересах было создать корректную картину. Вероятно, все выглядит именно так, как в фильме», — говорит Уффе Грое Йоргенсен.

Гренландский телескоп будут использовать одновременно с другими

Чтобы сфотографировать черную дыру, Гренландский телескоп объединят с телескопами в Чили и на Гавайях. Одновременно все три телескопа будут функционировать как один большой аппарат, «диаметр» которого соответствует расстоянию между ними, то есть составит несколько тысяч километров.

Так что выбор телескопа на территории Гренландии не случаен, объясняет ученый.

«Объект, на который они нацелятся, должен одновременно наблюдаться из трех разных мест, удаленных друг от друга на максимально возможное расстояние. Нельзя использовать телескопы и в восточном, и в западном полушариях, потому что тогда не получится наблюдать точку на небе в одно и то же время».

Телескоп разместят на льду

В настоящее время Гренландский телескоп находится на борту корабля, следующего из США в Каанаак на севере Гренландии. Корабль прибудет на место в течение лета, после чего телескоп соберут и установят на высшей точке поверхности гренландского ледника, где наблюдаются идеальные погодные и климатические условия.

«Гренландский телескоп будет помещен на высоту более трех километров. Многие думают, что там, где есть лед, много воды и, следовательно, высокая влажность. Возможно, это представление связано с тем, что у нас в Дании исключительно влажные зимы с температурой в районе нуля градусов и мокрым снегом. В действительности, при температуре −30 градусов очень сухо, потому что вся вода конденсируется и превращается в снег. Так что эта вершина — отличное место, она расположена на большой высоте, и там очень сухо».

Изображения черных дыр появятся лишь через несколько лет

Гренландский телескоп будет введен в строй не раньше 2017 года, но когда это произойдет, мы надеемся узнать много нового о черных дырах, говорит преподаватель из Копенгагена.

«Нам мало что известно о черных дырах, и мы будем над этим работать. Каково их гравитационное поле? Что происходит с материей, когда ее затягивает в черную дыру? Один из интереснейших вопросов — это могут ли большие черные дыры в центре галактик быть путем в другие вселенные либо в другие точки времени-пространства. Вот об этом мы хотим узнать что-нибудь новое. Мы не собираемся прямо завтра начать полеты через черные дыры, смысл не в этом. Но в долгосрочной перспективе наша работа даст много новой информации, которая может привести туда, где мы еще не бывали».

Гренландский телескоп — не единственный, который датские ученые используют для наблюдения за черными дырами. Он лишь часть проекта под названием Event Horizon Telescope, объединяющего девять телескопов, каждый из которых выполняет одни и те же задачи.

Неважно, какому из них выпадет честь сделать первые снимки черной дыры. Но, как сообщает профессор Ульрик Ингерслев Уггерхёй, окончательный выбор будет сделан в ближайшее время.

«Вопрос лишь в том, сколько нам придется ждать, но, по моему мнению, велики шансы, что мы увидим снимок в ближайшие пять лет».

Проект вдохновит молодых гренландцев

Наблюдение за черными дырами — не единственная цель проекта, продолжает Уффе Грое Йоргенсен.

«Это не просто большой научный проект, но и прекрасная возможность попытаться повлиять на гренландское общество, пробудить интерес местной молодежи к науке, вдохновить Гренландию на развитие высоких технологий. Это очень важная задача».

Аллан Финних (Allan Finnich), координатор научных исследований в сфере здравоохранения Среднегренландской гимназии, тоже считает, что необходимо стимулировать интерес гренландцев к естественнонаучным дисциплинам.

«Во многом необходимо повышать естественнонаучный интерес. Гренландии нужны ученые в этой области, а их не очень много. Сейчас нет возможности получать такое образование в Гренландии, надо ехать в Данию, что тоже является помехой».

Когда устанавливают телескоп, 10 % времени наблюдения, как правило, предоставляют ученым принимающей стороны. Ученые рассчитывают, что студенты гренландских гимназий тоже получат такую возможность. Но наладить сотрудничество непросто, и пока еще не ясно, что именно проект принесет Гренландии.

Учитель гимназии: нужно больше естественных наук

Если гренландским ученикам разрешат воспользоваться телескопом, интерес, несомненно, будет очень велик, считает научный координатор в сфере естественных наук Матиас Росдаль Йенсен (Mathias Rosdal Jensen).

«Думаю, это было бы очень интересно ученикам, ведь речь идет о собственном продукте Гренландии. Сейчас в стране множество датских или связанных с Данией обучающих материалов».

Уффе Грое Йоргенсен надеется, что телескоп станет источником вдохновения для молодых гренландцев.

«Прекрасная цель проекта с телескопом — развивать интерес и привлекать больше молодежи в сферу естественных наук».