Увидеть апельсин на Луне: ученые СПбГУ стали участниками международного проекта по получению первого изображения черной дыры

В середине апреля международная команда астрономов впервые обнародовала изображение черной дыры. Старший научный сотрудник лаборатории наблюдательной астрофизики СПбГУ Светлана Эрштадт, которая участвовала в этом проекте и непосредственно занималась получением изображения, рассказала о том, как ученым удалось добиться такого результата.

Event Horizon Telescope (EHT, Телескоп горизонта событий) — это международная коллаборация, участниками которой стали около 200 астрономов из 20 стран мира. Для получения изображения черной дыры ученые использовали особый метод наблюдения за астрономическими объектами — радиоинтерферометрию со сверхдлинными базами (РСДБ). Суть метода заключается в том, что восемь телескопов в шести разных точках земного шара наблюдают за одним и тем же объектом на одной и той же частоте.

Messier 87 — галактика с активным ядром, которое имеет самую большую массу черной дыры: в 6,5 миллиарда раз больше массы Солнца.

Для получения изображения черной дыры в центре галактики Messier 87 (М 87) наблюдения проводились на частоте, соответствующей длине волны 1,3 миллиметра, что позволило достичь разрешения 20 микросекунд дуги. По словам ученого, такое разрешение позволяет увидеть, к примеру, апельсин на Луне.

«Несколько групп ученых в составе коллаборации ЕНТ одновременно старались получить изображения черной дыры разными методами. Причем нас предупредили, что во время работы мы не должны консультироваться друг с другом для чистоты эксперимента», — рассказала Светлана Эрштадт.

После того как все научные группы завершили работы, участники проекта встретились на рабочей группе в The Black Hole Initiative (BHI) (центр при Гарвардском университете, Кембридж, США) в конце июля прошлого года. Именно тогда астрономы впервые обнаружили, что у них получились одинаковые изображения вне зависимости от применяемого метода и эти изображения соответствуют теоретическим моделям черной дыры. Хотя по определению ничто не может покинуть черную дыру, лучи света искривляются при прохождении около нее, так что изображение области, содержащей черную дыру, должно иметь форму яркого кольца с темным кругом в центре. Именно такие изображения и были получены во время четырех дней наблюдений EHT в апреле 2017 года.

Этот эксперимент доказал, что, во-первых, в центре галактики М 87 действительно находится именно черная дыра, а не какой-то другой объект с очень большой массой. Во-вторых, предварительные расчеты, которые были сделаны на основании общей теории относительности, подтвердились, а значит — общая теория относительности прошла еще один тест.

Старший научный сотрудник лаборатории наблюдательной астрофизики СПбГУ Светлана Эрштадт

Научные результаты проекта Event Horizon Telescope были опубликованы в шести научных статьях в журнале The Astrophysical Journal Letters.

Петербургские астрономы под руководством заведующего лабораторией наблюдательной астрофизики СПбГУ Валерия Ларионова также внесли свой вклад в EHT-проект в рамках исследования «Структура и эволюция активных ядер галактик», поддержанного грантом РНФ № 17-12-01029. Группа ученых занималась оптическими наблюдениями за астрономическими объектами, выступившими в качестве калибраторов. Эти дополнительные данные позволяют получить более полную картину активных ядер галактик и исследовать связь между черной дырой и джетом (струи плазмы, вырывающиеся из ядер активных галактик).

Исследователь рассказала и о других международных проектах, в которых принимают участие российские астрономы. Среди них — «РадиоАстрон», разработанный в Астрокосмическом центре Физического института Академии наук в Москве. Этот проект начал работу в 2011 году и приблизился к разрешению Event Horizon Telescope. Кроме того, в России планируется запуск еще одного астрономического проекта — «Миллиметрон», который может достигнуть даже более высокого разрешения, чем ЕНТ.