На основе информации, полученной благодаря международному проекту «Event Horizon Telescope», который занимается изучением сверхмассивных черных дыр, ученые воссоздали изменения, происходившие в течение одной недели в непосредственной близости от черной дыры, расположенной в галактике Messier 87. В результате была создана двухсекундная видеозапись, демонстрирующая поведение газового диска вокруг этого гравитационного объекта и позволяющая увидеть ранее не известные структуры. Подробности алгоритма обработки данных и выводы исследователей представлены в научном издании Nature Astronomy.
Представление о существовании черных дыр основано на Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, которая служит общепринятой теорией гравитации и многократно подтверждена экспериментальными данными. Черные дыры – это области пространства-времени, обладающие настолько сильным гравитационным притяжением, что даже объекты, движущиеся со скоростью света, включая фотоны, не могут преодолеть их. Иными словами, все, что приблизится к черной дыре на достаточное расстояние, будет поглощено горизонтом событий и не сможет выбраться наружу.
Тем не менее, это остается теоретической концепцией, и до 2019 года прямых наблюдений черных дыр, а точнее их теней, не проводилось. Сложность заключается в том, что, несмотря на огромную массу, эти объекты относительно малы по размеру, поэтому современные телескопы не могут обеспечить достаточное разрешение для детального рассмотрения аккреционного диска, окружающего черную дыру, и самого горизонта событий.
Для преодоления этих технических сложностей несколько лет назад был запущен проект «Event Horizon Telescope», представляющий собой совместную работу семи телескопов, расположенных в разных точках земного шара. Одним из ключевых достижений этого проекта стал снимок тени центральной черной дыры в галактике Messier 87. В период с 2017 по 2018 год было проведено около 60 часов наблюдений, что позволило собрать приблизительно 10 петабайт информации.
«На основе данных, полученных в ходе наблюдательной кампании, нам удалось воспроизвести видеоролик, демонстрирующий изменения в газовом диске и тени сверхмассивной черной дыры, расположенной в галактике Messier 87. Поскольку для создания отдельных кадров использовалось меньшее количество информации, чем для получения одного суммарного изображения, был применен алгоритм, опирающийся на теорию информационного поля. Этот метод, основанный на принципах теории вероятностей, позволяет не получить одно видео, а целый ряд возможных вариантов. Различия между ними отражают существующие неопределенности, в то время как их усредненное значение представляет собой структуры, идентифицированные с высокой степенью уверенности», – объяснил Филипп Аррас, ведущий автор исследования из Института астрофизики им. Макса Планка (Германия).
Полученное усредненное видео указывает на то, что распределение яркости газового диска вокруг сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87 претерпевает небольшие изменения в течение недели. Некоторые структуры, которые можно наблюдать на изображениях, полученных коллаборацией «Event Horizon Telescope», отсутствуют в данном видео и, скорее всего, являются результатом артефактов визуализации. Вместе с тем, две светящиеся особенности выглядят убедительно и, возможно, отображают выбросы горячего газа из диска.
Предложенный алгоритм открывает новые возможности для изучения объектов во Вселенной, демонстрирующих изменения. Особый интерес представляет источник Стрелец A* – сверхмассивная черная дыра, находящаяся в центре Млечного Пути. В силу того, что этот объект значительно меньше аналога в Messier 87, его изменения происходят за несколько минут, что делает применение традиционных методов визуализации невозможным.
