Чёрная дыра в центре Галактики: Новые снимки с телескопа горизонта событий не на шутку встревожили учёных

12 мая астрофизики проекта Event Horizon Telescope опубликовали первую в истории фотографию сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A из самого центра нашей Галактики. Стрелец A* удалён на 27 000 световых лет от Земли, а его вес в четыре миллиона раз больше массы Солнца. О чёрных дырах говорят без малого 240 лет, но долгое время к ним относились скептически. Когда Альберт Эйнштейн доказал, что скорость света — предельная величина, которую развивает физическое тело, открылись новые возможности, чёрные дыры стали доступны для понимания.

Учёные отмечают, что в этом случае двигаться нужно от противного: если в какой-то точке Вселенной сила гравитации превосходит скорость света, эту точку можно смело называть чёрной дырой. Она всё втягивает в себя, ничего не возвращая обратно, и поэтому она — дыра. А то, что она не забирает, от чего она отрывает куски, превращается в плазму, движущуюся со скоростью 99% от скорости света.

Даже кванты света не могут покинуть пределы чёрной дыры из-за чудовищной гравитации, поэтому она и называется чёрной. Но есть и нестыковки. Грубо говоря, чёрная дыра — это "дырка от бублика", а сам "бублик", или "аккреционный диск" — насильно притянутая к ней материя. Диск вращается вокруг дыры со страшной скоростью, из-за чего и светится так, что только по нему и можно определить наличие чёрной дыры в космосе. Граница чёрной дыры — горизонт событий, её размер — гравитационный радиус. Эти характеристики зависят от типа чёрной дыры, а тип её зависит от происхождения. Как появляется чёрная дыра в космосе? На месте сколлапсировавшей звезды в сколлапсировавшей части галактики в момент начального расширения Вселенной в ядерных реакциях высоких энергий — на Земле это можно "провернуть" только в Большом адронном коллайдере. Есть малые чёрные дыры, массивные, сверхмассивные и ультрамассивные.

Горизонт событий — это события, которые мы, наблюдатели, никогда не увидим. Они спрятаны внутри чёрной дыры. Что такое оказаться внутри горизонта событий, или в чреве чёрной дыры? Вот как писал об этом Стивен Хокинг: "Падение сквозь горизонт событий можно сравнить с катанием на каноэ у Ниагарского водопада. Если вы достаточно далеко от края, вы можете отплыть от него, если грести очень быстро. Но рядом с обрывом вам уже ничто не поможет".

Снаружи все чёрные дыры типичны, а внутрь никто и никогда забраться не сможет, да если и сможет, то человек либо превратится в спагетти, либо "с точки зрения внешнего мира исчезнет навсегда". Всё зависит от её массы.

В Млечном Пути пока найдено 11 чёрных дыр, и среди них недавно запечатлённая сверхмассивная чёрная дыра в центре Галактики. Но это самые крупные и самые активные. На самом деле потенциально каждая из 400 млрд звёзд, находящихся в Млечном Пути, рано или поздно превратится в чёрную дыру. Во Вселенной триллионы и триллиарды чёрных дыр. Подсчитать их все затруднительно даже математическим способом.

Чёрная дыра Стрелец А*, находящаяся в самом центре Млечного Пути, была открыта в феврале 1974 года, аккурат ко Дню влюблённых. Это сверхмассивная дыра, образовавшаяся по одной из версий вследствие коллапса центральной части Галактики под собственным весом. По этой логике у каждой из двух триллионов галактик находится в центре сверхмассивная или ультрамассивная чёрная дыра.

К примеру, в центре галактики Holm 15A есть дыра, в 10 000 раз более массивная, чем Стрелец А*. Это как 40 000 000 000 солнц. Но и если бы наш Стрелец А*, вес которого — "всего" в четыре миллиона раз больше массы Солнца, находился не в Млечном Пути, а прямо в Солнечной системе, то он бы "засосал" в себя все планеты, звёзды, спутники, квазары, пульсары и так далее. Полный мрак.

Долго считалось, что сфотографировать чёрную дыру невозможно. Если придираться, то снимок Стрельца А* — фото тени, а не пульсирующей дыры как таковой. Потому что слово "фотография" переводится как светопись. А какой может быть свет там, где кванты света поглощаются? Но, если отбросить формализм в сторону, это всё-таки снимок контуров дыры, и для того, чтобы его получить, команде Event Horizon Telescope в составе 300 учёных из 80 институтов пришлось объединить работу одиннадцати гигантских телескопов, расположенных на пяти континентах. В общей сложности было собрано 3,5 петабайта данных, или 3584 терабайта.

Сделать это было непросто — Стрелец расположен крайне неудобно, к тому же уровень его свечения меняется каждую минуту, а то и чаще. Только создав сложные алгоритмы обработки и собрав воедино максимальное число ракурсов, а затем смонтировав данные, на что ушли годы, учёные получили искомый снимок. Эта технология была впервые отработана на сверхмассивной звезде в центре галактики М87, снимок которой был обнародован в 2019 году. К слову, М87 и Стрелец А* — части одного проекта Event Horizon Telescope, запущенного в 2014 году.

Учёные верят в то, что это только начало. Интерес к чёрным дырам растёт с каждым днём, уровень техники совершенствуется, и, возможно, в недалёком будущем подобные снимки получится делать чаще, и они будут всё более и более качественными. Интересно, что несмотря на то, что дыры из галактики М87 и Стрелец А* — чёрные дыры абсолютно разного типа, они удивительно похожи.

— Это говорит о том, что общая теория относительности одинаково применима к этим объектам, а любые различия связаны лишь с особенностями окружающего их материала, — отметила астрофизик Сера Маркофф.

Исходя из этого, вскоре можно будет решить ряд проблем, связанных с чёрными дырами, остающихся пока что камнем преткновения. Одна из них — применима ли теория относительности, которая в целом хорошо справляется с объяснением законов Вселенной, за пределами горизонта событий, где есть ещё один горизонт — горизонт Коши, и там все представления о предсказуемой Вселенной сыплются, ввергая учёных в панику. Чтобы не сойти с ума, Роджер Пенроуз ввёл "принцип космической цензуры", согласно которому, грубо говоря, "то, от чего учёные сходят с ума и паникуют, живёт только в теоретических построениях, а Вселенная существует по уже открытым законам". То есть все противоречия нужно выводить за скобки. Состоятельность той же теории относительности, как и выкладок Хокинга, доказывается здесь и сейчас — на практике.