Первое фото черной дыры в нашей Галактике: что мы видим на самом деле?

В этом месяце было представлено первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры, расположенной в центре нашего Млечного Пути. Ранее ученые уже наблюдали звезды, вращающиеся вокруг невидимого массивного объекта, однако это изображение стало первым прямым визуальным доказательством существования нашей черной дыры. Но что же на самом деле запечатлено на этом снимке? Боб Берман делится своими наблюдениями.

Как стало известно, 12 мая 2022 года астрономы представили первый в истории снимок черной дыры в центре нашей Галактики. Это стало выдающимся научным достижением, в котором приняли участие многие специалисты, однако в детали технической стороны получения такого изображения углубляться не стоит.

Для начала важно понять, что такое черная дыра. Это массивный объект, который поглотил столько окружающего вещества в столь малую область, что даже свет не может преодолеть его гравитационное притяжение. Из черной дыры ничто не может вырваться. Существование этих объектов подтверждается, несмотря на то что они невидимы для человеческого глаза.

По всей видимости, сверхмассивная черная дыра находится в центре каждой галактики. Некоторые из них, как в нашем Млечном Пути, называются «сверхмассивными», так как их масса в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. В некоторых галактиках встречаются объекты, масса которых достигает девяти миллиардов солнечных. Черная дыра в самом центре Млечного Пути относительно невелика — ее масса составляет «всего» четыре миллиона масс Солнца. Она носит необычное название Стрелец А* (Sgr A*, произносится как «Сэдж-Эй-стар»).

Что мы видим на снимке черной дыры?

Это первая в истории фотография нашей черной дыры. Однако здесь стоит проявить осторожность: то, что кажется черным пятном, вовсе не является самой черной дырой.

Саму черную дыру увидеть невозможно, так как она абсолютно темная. Однако мы видим темную центральную область, называемую «тенью», окруженную светящимся оранжево-красным кольцом газа, диаметр которого составляет около 116 миллионов километров.

Некоторым сложно представить, как можно сделать фотографию того, что невидимо. По сути, это радиоизображение (а не снимок в видимом свете, как у телескопа «Хаббл»). Оно отображает обширное пространство вокруг самой черной дыры, где искажающие эффекты экстремальной гравитации препятствуют прохождению радиоволн в нашем направлении.

Таким образом, мы видим не саму черную дыру. Если когда-нибудь удастся рассмотреть ее напрямую, она будет выглядеть как крошечное, абсолютно черное пятно — подходящая визуальная метафора для всех тайн, которые она скрывает.

Как бы то ни было, теперь есть визуальное доказательство того, что черная дыра в нашей Галактике существует. Согласно данным Европейской южной обсерватории, ученые ранее наблюдали за звездами, вращающимися вокруг невидимого, компактного и очень массивного объекта в центре Млечного Пути. Это убедительно указывало на то, что данным объектом является черная дыра, и представленное изображение служит первым прямым визуальным подтверждением этого факта.

Это первое изображение черной дыры в Млечном Пути и второе в истории изображение черной дыры вообще. Первый снимок, сделанный в 2019 году, запечатлел массивную черную дыру в центре галактики Messier 87. Оба объекта имеют много общих свойств, и получение второго изображения, несомненно, поможет ученым сделать новые выводы о механизмах формирования галактик.

Первое изображение черной дыры в центре M87. 10 апреля 2019 г. Фото: NASA/Hubble.

Это открытие подтверждает общую теорию относительности Альберта Эйнштейна. Размер черной дыры в точности соответствует расчетам ученого — он сопоставим с орбитой Меркурия вокруг Солнца. С полным пресс-релизом ESO можно ознакомиться дополнительно.

Подробнее о «схлопнувшихся» светилах (черных дырах)

Смелая концепция «схлопнувшегося» солнца (черной дыры) возникла еще в 1783 году благодаря британскому философу-натуралисту Джону Митчеллу. Он предложил идею об объекте, сжимающемся настолько сильно, что он перестает занимать какое-либо пространство. В этой роли выступает гравитация — фундаментальная сила, терпение которой выходит за рамки времени.

Солнце, как и большинство звезд, сохраняет стабильный размер и форму. Но гравитация всегда ждет своего часа, словно алчный наследник у смертного одра. И в масштабах миллиардов лет это ожидание не является преградой.

Только за счет превращения четырех миллионов тонн вещества в секунду в энергию по формуле Эйнштейна E=MC², Солнце создает достаточное внешнее давление, чтобы противостоять силе гравитации. Если взять объем солнечного материала размером с человека, то каждую секунду он выделяет энергию, эквивалентную взрыву водородной бомбы. Массы Солнца (2 и 27 нулей после нее) достаточно для поддержания такого процесса в течение миллиардов лет. Однако в конечном итоге Солнце проиграет битву с гравитацией и сожмется до размеров нашей планеты, сохраняя массу 300 000 Земель. Оно станет в 40 000 раз плотнее стали. В этот момент процесс остановится — Солнце превратится в тусклого «черного карлика» размером с Землю.

Иная судьба ждет звезды, масса которых в десять раз превышает массу Солнца. Это создает колоссальное давление на их ядра, вынуждая расходовать ядерное топливо в стремительных взрывных процессах. Такие звезды излучают настолько интенсивный сине-белый свет, что кажутся раскаленными до предела. Вместо 10-миллиардного «отпуска» спокойного сжигания водорода, как у Солнца, массивные голубые звезды живут лишь миллионы лет. Затем в игру вступает гравитация.

Подробности процесса схлопывания гигантских светил впервые были описаны индийским астрофизиком Субраманьяном Чандрасекаром в 1930 году. Его расчеты показали, как объекты большой массы ведут себя под огромным давлением. Если масса звезды превышает солнечную более чем в 1,4 раза, ее коллапс становится настолько мощным, что гравитация не останавливается после того, как атомы плотно упакованы, подобно пассажирам в переполненном вагоне метро. Атомы начинают сливаться, и звезда продолжает сжиматься. Чем меньше становится объект, тем сильнее гравитация на его поверхности, что приводит к еще большему сжатию. Это неконтролируемый коллапс.

Процесс останавливается, когда звезда достигает диаметра около 16 километров. Такие объекты называются нейтронными звездами. Если их быстрое вращение направляет лучи энергии в нашу сторону, подобно маяку, такой объект называют пульсаром. Ученым известно о сотнях подобных объектов, которые тверже циркона, меньше Нью-Йорка и вращаются десятки или сотни раз в секунду.

Самый известный из них — Крабовидный пульсар — сейчас виден на рассвете в восточной части неба. Посещать такие объекты крайне опасно. Любой, кто окажется на твердой поверхности нейтронной звезды, подвергнется настолько чудовищной гравитации, что его тело будет сжато до размеров одного атома, а органы распределятся по поверхности тонким слоем, словно смазочное масло.

Еще более плотными и сжатыми, чем пульсары, становятся звезды массой более чем в десяток наших Солнц. В этом случае гравитация не просто сталкивает протоны и электроны, превращая звезду в шар из нейтронов, — она достигает такой силы, что в определенный момент скорость, необходимая для того, чтобы покинуть поверхность, становится равной скорости света, а затем превышает ее. В этот момент объект превращается в черную дыру: если свет не может вырваться, то не может и ничто другое. Объект буквально исчезает из поля зрения.

Общественность всегда была заинтригована этой идеей, но вокруг нее существует много заблуждений. Да, черная дыра черная, потому что она не излучает и не отражает свет. Но это не «дыра» в привычном понимании. Дыра подразумевает пустоту, тогда как здесь материя присутствует и упакована настолько плотно, что это полная противоположность пустоте.

Поскольку размер черной дыры изменчив — она может сжаться до такой степени, что перестанет занимать какое-либо пространство, — а время в ней искривлено настолько сильно, что для внешнего наблюдателя оно как будто замирает, мы не можем измерить ее привычными способами. С точки зрения остальной Вселенной, включая нас, она не меняется в размерах, и даже спустя миллиарды лет процесс ее формирования формально не завершается.

Поскольку понятие изменчивого размера теряет смысл из-за «замороженного» времени, единственный способ охарактеризовать черную дыру — это указать ее массу. К примеру, одиночная массивная старая звезда, коллапсирующая в черную дыру, может иметь массу 30 наших Солнц. Мы определяем это по ее влиянию на звезды, которые вращаются вокруг нее.

Черных дыр не стоит бояться

И последнее. Черные дыры имеют дурную славу, так как многие полагают, что они активно «пожирают» всё вокруг. На самом деле черные дыры поглощают галактическое вещество, но конкретно эта черная дыра ест крайне мало. Как отметил один астроном, это эквивалентно тому, если бы человек съедал одно зернышко риса за миллионы лет.

Более того, чтобы подвергнуть себя опасности, нужно подойти вплотную к горизонту событий, где побег невозможен без мощных ракетных двигателей и огромного количества топлива.

Если бы наше Солнце превратилось в черную дыру в ближайшие пять минут, планета Земля не была бы втянута в него. Мы бы даже не сдвинулись с орбиты. Это связано с тем, что масса объекта, а следовательно, и общая гравитация, остались бы прежними, поэтому движение по орбите продолжилось бы так же, как и все эти годы.

Смотрите также:

Как найти Сириус, самую яркую звезду февраля http://kupidonchik.org/kak-nayti-sirius-samuyu-yarkuyu-zvezdu-fevralya/.

Интересности на тему: 17 любимых рецептов из кабачков

Классные советы в статье "Удивительные факты о блохах: что нужно знать владельцам домашних животных этим летом" здесь.

Итог: беспокоиться не о чем.

* — деятельность компании запрещена на территории РФ.