Як вдалося отримати перше зображення чорної діри: науковий прорив, технології та майбутнє досліджень Всесвіту

Чорні діри – одні з самих незвичайних об’єктів у космосі. З-за велетенського тяжіння їх не може покинути навіть світло. При цьому досі чорні діри були описані в основному теорією,яку Ейнштейн отримав ще в начале20века. Виявити їх досить важко з-за далеких відстаней іпо мірками космосу.

Величезний телескоп,фактично займає всю Землю,зміг показати світові перше зображення чорної діри. Як же це сталося,розглянемо в цьому матеріалі.

Історичне зображення

10апреля світ був приголомшений новиною:астрономи зробили перше зображення тіні чорної діри. Об’єкт був виміряний в поперечному перерізі –40миллиардов кілометрів,що більше Землі в3миллиона раз. Чорна діра знаходиться на расстоянии55миллионов світлових років(500миллионов трильйонів км)від нас.

Космічний об’єкт був виявлений в галактикеМ87. Професор Хейно Фальке з університету в Нідерландах розповів,що знайдена чорна діра більше всієї Сонячної системи. При цьому вона в6. 5миллиардов разів важче нашої головної зірки. На думку вчених,це одна з найбільш важких чорних дір. Отримане зображення показує дуже яскраве «вогняне кільце». Саме воно оточує чорну діру. Характерний яскравий ореол викликано перегрівом газу. Світло від чорної діри яскравіше багатьох мільярдів інших зірок разом взятих,тому його можна побачити на такій відстані від Землі.

Примітно,що отримане зображення досить сильно відповідає тому,що раніше описували фізики-теоретики і голлівудські режисери. Приміром,у фильмееще в2014году досить вірно була показана чорна діра. Подібні космічні об’єкти важливо вивчити з точки зору природи простору і часу. В кінцевому підсумку ми можемо отримати якісь відповіді на питання про наше існування.

Як вдалося отримати зображення

Ідея подібного проекту у професора Фальке була еще1993году,коли він був аспірантом. У той час мало хто думав,що це в принципі можливо. Фальке став першим,хто зрозумів одну важливу думку:певний тип радіовипромінювання буде генеруватися настільки потужним поблизу чорної діри,що його можна виявити навіть на Землі.

Одним з аргументів Фальке була також те,що з-за величезної гравітації чорні діри здаються в2. 5 рази масивніше,ніж є насправді. После20лет умовлянь і приведення аргументів Фальке вдалося убедитьпрофинансировать проект. Трохи пізніше Національний науковий фонд та агентства в Східній Азії вклали свої кошти, рівні 40миллионам фунтів стерлінгів.

Для того,щоб подолати,довелося використовувати величезну конструкцію из8телескопов. Кожен розташований на висоті в різних екзотичних місцях:на вулканах в Гавайях,в Мексиці,в горах в Арізоні,в Сьєрра-Неваді,в пустелі Атакама і в Антарктиді. Команда из 200 вчених сканувала галактику М87на протяжении 10дней. Отриманої інформації було занадто багато,щоб передати її через Інтернет. Довелося використовувати кілька жорстких дисків,щоб сохранить500терабайт даних. Всю інформацію відправили в два центри:у США і Німеччині. Аспірантка Кеті Буман розробила алгоритм,який об’єднує ці дані. Без цієї людини проект був би неможливий.

Дослідникам також вдалося виявити надмасивну чорну діру в центрі Чумацького Шляху. Однак зображення цього об’єкта отримати складніше,ніж той,який знаходиться величезних відстанях від нас. Справа в тому,що «вогняне кільце» в цій чорній дірі менше і тьмяніше. Результати телескопа ЕНТ дають величезну поживу для роздумів у плані вивчення чорних дір. Згодом це повинно допомогти зробити докладний опис природи простору-часу. Можливо,в майбутньому вченим вдасться зрозуміти,що відбувається з об’єктом після проникнення всередину чорної діри.

Проект отримання першого зображення чорної діри був справжнім науковим проривом, який об’єднав сотні вчених по всьому світу. Величезна маса та гравітаційна сила цих космічних об’єктів роблять їх невидимими у звичному сенсі, оскільки навіть світло не може залишити їхню область впливу. Однак завдяки інноваційним методам спостереження та використанню мережі телескопів вдалося вперше зафіксувати тінь чорної діри та її характерне «вогняне кільце».

Використання глобальної мережі телескопів

Щоб отримати зображення чорної діри, вчені створили величезний віртуальний телескоп, що охоплював усю Землю. Вісім потужних телескопів, розташованих у різних точках планети – від вулканів на Гаваях до крижаних рівнин Антарктиди – синхронно працювали для збору даних.

Зібрана інформація перевищувала 500 терабайтів, що унеможливило її передачу через Інтернет. Тому дані були записані на жорсткі диски та фізично доставлені у два наукові центри – у США та Німеччині. Саме там аспірантка Кеті Буман розробила унікальний алгоритм, який дозволив об’єднати ці фрагменти та отримати цілісне зображення чорної діри.

Після першого успіху вчені спробували отримати зображення чорної діри в центрі нашої галактики. Однак цей об’єкт виявився складнішим для спостережень через менші розміри та слабше світіння. Незважаючи на це, отримані дані вже дали нові уявлення про природу чорних дір та процеси, що відбуваються навколо них.

Що це означає для науки

Перше зображення чорної діри стало не лише підтвердженням загальної теорії відносності Ейнштейна, а й важливим кроком у розумінні фундаментальної природи простору та часу. Надалі такі дослідження можуть допомогти дати відповіді на питання про будову Всесвіту, походження гравітації та можливість існування «кротових нір» або інших екзотичних явищ.

Основні відкриття, зроблені в результаті дослідження:

• Отримано перше зображення тіні чорної діри, що підтвердило передбачення загальної теорії відносності.
• Використано глобальну мережу телескопів для створення єдиного віртуального інструменту.
• Розроблено унікальні алгоритми для обробки та об’єднання даних.
• Виявлено особливості «вогняного кільця», що світиться через перегрів газу навколо чорної діри.
• Підтверджено існування надмасивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху.

У майбутньому вчені планують удосконалити методи спостережень, залучаючи ще потужніші телескопи та нові алгоритми обробки даних. Можливо, одного дня ми зможемо отримати не лише статичні зображення, а й динамічні кадри, що демонструють поведінку чорних дір у реальному часі. Це відкриє нові горизонти у дослідженні Всесвіту та його найзагадковіших об’єктів.