Центральную чёрную дыру Млечного Пути разглядели в небывалых подробностях

Чёрную дыру в центре Галактики наблюдает целая сеть радиотелескопов.
Иллюстрация Global Look Press.

Астрономы получили рекордно детальное изображение объекта Sgr A*. Это сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного Пути и диск падающего на неё вещества. О достижении рассказывает научная статья, опубликованная большой группой авторов в издании Astrophysical Journal.

Учёные весьма интересуются чёрными дырами вообще и сверхмассивными в частности. Эти экстремальные объекты помогают проверить передовые теории гравитации и вообще выяснить поведение материи в условиях, недостижимых в земных лабораториях.

Ближайшая к Земле известная сверхмассивная чёрная дыра расположена в центре Галактики. Для того чтобы получить как можно более детальные её изображения, создана сеть радиотелескопов EHT. Конечной целью проекта является непосредственное наблюдение горизонта событий (условно говоря, "поверхности" чёрной дыры) и её так называемой тени. Тень представляет собой тёмную область на ярком фоне, которая возникает из-за воздействия гравитации объекта на пролетающие мимо фотоны. Согласно некоторым исследованиям, именно форма тени позволит отличить чёрную дыру от портала в удалённые области Вселенной – кротовой норы.

Данные, о которых идёт речь в новой статье, были получены сетью EHT, когда к ней впервые был подключён чилийский 12-метровый радиотелескоп APEX. Наблюдения были проведены в 2013 году, последующие годы ушли на обработку данных.

Поясним, что EHT представляет собой интерферометр. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали о том, что это такое. Вкратце напомним, что система из двух антенн, расположенных на концах отрезка  L (он называется базой интерферометра), по способности различать тонкие детали аналогична одному телескопу с диаметром зеркала L. То есть, условно говоря, можно соорудить "антенну" размером в тысячи километров. Это называется радиоитерферометрией со сверхдлинными базами (РСДБ).

В реальности, правда, всё сложнее. Такая система получает не полноценное изображение, а его фрагменты, пробелы между которыми приходится заполнять с помощью моделей. Поэтому желательно использовать не две антенны, а несколько. Чем больше в сети баз (отрезков, соединяющих телескопы), различающихся по длине и/или по направлению, тем полнее будут собранные данные.

Без "Апекса" система EHT состояла из пяти телескопов, расположенных на Гавайях, в Калифорнии и Аризоне. Подключение чилийского телескопа сразу увеличило максимальную базу сети почти вдвое, примерно до 10 тысяч километров. К тому же антенна, расположенная в Южном полушарии, значительно облегчила наблюдения центра Галактики ввиду его расположения на небе.

"Мы много работали на высоте более 5000 метров, устанавливая оборудование, чтобы телескоп APEX был готов к РСДБ-наблюдениям с длиной волны 1,3 миллиметра, – говорит соавтор исследования Алан Рой (Alan Roy) из Института радиоастрономии имени Макса Планка в пресс-релизе организации. – Мы гордимся эффективностью APEX в этом эксперименте".

В результате удалось разглядеть в объекте Sgr A* детали размером 36 миллионов километров. Что, напомним, почти в пять раз меньше дистанции от Земли до Солнца, и это на расстоянии 26 тысяч световых лет от наблюдателя. Это рекордная величина. Она меньше предполагаемого диаметра аккреционного диска и всего в три раза больше радиуса Шварцшильда, который условно можно принять за размер чёрной дыры.

Подвергнув полученные данные сложной математической обработке, авторы построили две модели источника, которые согласуются с новыми наблюдениями. Согласно одной из них, мы имеем дело с ярким кольцом вокруг относительно тусклого центра. В другой речь идёт об отдельном излучающем пятне, сильно смещённом относительно центра изображения. Оба варианта показаны на рисунке.

Исследователи тщательно проверили полученные данные и убедились, что они относятся именно к внутренней структуре источника, а не к искажениям, внесённым в сигнал межзвёздной средой.

"Межзвёздные мерцания, которые в принципе могут привести к искажениям изображения, не являются доминирующим эффектом на длине волны 1,3 миллиметра", – объясняет соавтор работы Димитриос Псалтис (Dimitrios Psaltis) из Университета Аризоны.

В будущем исследователи планируют интерпретировать собранные данные, чтобы выяснить физические условия, царящие вокруг чёрной дыры. Также учёные собираются получить ещё более подробные изображения объекта. С 2017 года в составе сети EHT работает знаменитый радиотелескоп ALMA, также расположенный в Чили. Так что в скором будущем нас, вероятно, снова ждут интересные новости.

Напомним, что "Вести.Наука" не впервые рассказывают об окрестностях Sgr A*. Например, мы писали об обнаруженной там загадочной нити, образовании звёзд и полчищах чёрных дыр звёздной массы.

Сегодня