Широко распространенное заблуждение долгое время приравнивало черные дыры в космосе к небытию, «концу всего». Но глобальной команде ученых, в том числе исследователям, финансируемым ЕС, удалось их сфотографировать, обнаружив достаточно новых доказательств, чтобы продвинуть свое исследование еще дальше.

Голландско-немецкий астроном и профессор Хейно Фальке — один из тех, кто хочет понять «крайнюю грань наших знаний» — черные дыры.

Профессор астрофизики частиц и радиоастрономии в Университете Радбауд в Нидерландах, Фальке является одним из руководителей Телескопа горизонта событий (EHT), глобальной сети телескопов, которые сделали первое изображение черной дыры в 2019 году.

Вместе со своими коллегами он теперь хочет пойти дальше и создать первое видео этих невероятных и загадочных космических объектов.

По словам Фальке, получение дальнейших знаний о черных дырах будет иметь решающее значение для нашего понимания Вселенной, а новый финансируемый ЕС проект BlackHolistic, который продлится до 2029 года, должен дать жизненно важные подсказки.

Получив почти 14 миллиардов евро финансирования ЕС, ученые стремятся продолжить исследования EHT и углубить наши знания о черных дырах с помощью суперкомпьютерного оборудования и нового радиотелескопа в Намибии.

«Черные дыры в некоторой степени имеют ту же физику, что и Большой взрыв», — сказал Фальке. «Они также важны с астрофизической точки зрения как наиболее эффективные производители энергии во Вселенной и, в конечном счете, очень интересны. Это мифические объекты, где время, кажется, замирает».

Изображения из далекой галактики

В 2019 году, используя свою глобальную сеть, EHT создал изображение черной дыры в центре M87, галактики, находящейся на расстоянии 54 миллионов световых лет от Земли.

Это был первый взгляд на «тень» черной дыры, темное пятно, обозначающее ее «горизонт событий», границу, за которой ничто — материя, энергия или даже свет — не может избежать ее гравитационного притяжения.

За это изображение в высоком разрешении Фальке получил Премию Бальзана 2023 года, включая награду в размере 760 000 евро. «Это было просто потрясающе», — сказал он. «Это одна из самых больших наград в науке». Он также написал бестселлер о своих исследованиях под названием Свет во Тьме.

В 2022 году EHT предоставил изображение Стрельца А*, черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь.

Теперь Фальке и команда британских, голландских, финских и намибийских астрономов из BlackHolistic совместно с EHT снимут знаковое видео черных дыр.

С помощью нового 15-метрового телескопа в Намибии под названием Africa Millimeter Telescope (AMT) цель состоит в том, чтобы снять многочасовые видеоролики закрученной плазмы и газа вокруг горизонтов событий M87 и Стрельца A*.

«Мы сделали первую фотографию черной дыры. Теперь мы хотим сделать еще один шаг вперед. Мы хотим снять первый фильм о черной дыре», — сказал Фальке.

Объединив AMT с существующими телескопами EHT в Северной и Южной Америке, Европе и на Южном полюсе, команда сможет дольше удерживать черную дыру в поле зрения этих телескопов. Это облегчит съемку.

Задача: обработка огромных объемов космических данных

M87 — сверхмассивная черная дыра, примерно в 6 миллиардов раз больше массы нашего Солнца. Тем не менее, это трудно заметить. Его горизонт событий примерно равен нашей Солнечной системе, но находится на большом расстоянии от нас.

По мере вращения Земли черная дыра будет появляться в поле зрения различных телескопов по всему миру, что позволит собирать непрерывные изображения каждые несколько дней и объединять эти изображения воедино.

Для Стрельца А*, который намного меньше и примерно в 4 миллиона раз превышает массу нашего Солнца, изображения необходимо будет делать каждые пять минут, чтобы увидеть изменения вокруг черной дыры.

Телескопы наблюдают за черными дырами в радиоволнах, причем их изображения сшиваются вместе с помощью процесса, который использует электромагнитные волны для извлечения информации и создания единого изображения. В настоящее время этого невозможно достичь с помощью одного телескопа.

Материал вокруг Стрельца А*, в основном газообразный, движется гораздо быстрее, чем материал вокруг M87, совершая оборот по орбите за несколько часов по сравнению с двумя неделями для M87. Для его соблюдения необходимо использование АМТ Намибии.

Объем данных, производимых телескопами, ошеломляет: пять петабайт или более или 5 миллиардов гигабайт – слишком много для передачи через Интернет в разумные сроки. Вместо этого данные должны быть физически перевезены на центры обработки в США и Германии.

Что касается предстоящих видеороликов о черных дырах, Фальке предупредил: «Будет еще хуже. Впереди будет гораздо больше данных».

Увидим ли мы, как звезды разрываются на части?

Майкл Крамер, который вместе с Фальке был одним из руководителей более ранней космической инициативы, финансируемой ЕС, BLACKHOLECAM 2014-2020 годов, сказал, что создание видеороликов черных дыр предоставит гораздо больше информации, чем отдельные изображения. Крамер — директор Радиоастрономического института Макса Планка в Германии.

По его словам, на опубликованных ранее изображениях «вокруг было это яркое пятно» — большие сгустки плазмы, пожираемые черной дырой.

По его словам, на видео эти яркие пятна будут двигаться. «Глядя на то, как движется эта плазма, вы гораздо лучше понимаете динамику. Вы также сможете лучше понять геометрию и ориентацию черной дыры».

Это движение должно позволить гораздо более точно измерить массу черной дыры, точно так же, как мы можем вычислить массу Солнца, «наблюдая за планетами и за тем, как они вращаются вокруг центра Солнечной системы», объяснил Крамер.

Направление плазмы также покажет ориентацию вращающегося по орбите материала, поскольку он медленно теряет энергию и движется по спирали внутрь. Возможно, даже удастся увидеть звезду, разрываемую черной дырой, если она подойдет слишком близко.

«Это было бы здорово», — сказал Фальке. «Если он попадет туда, мы готовы».

Тайна вселенной

«Черные дыры — часть нашей истории», — сказал он. «Некоторых элементов в нашем теле не было бы здесь, если бы черные дыры не перемещали их по Вселенной».

Он охарактеризовал исследовательские усилия BlackHolistic как «немного смелые». Но он отметил, что черные дыры, по сути, являются «самыми простыми объектами во Вселенной, потому что они описываются всего двумя числами: сколько они имеют массы и насколько они вращаются».

«Каждая клетка вашего тела бесконечно сложнее черной дыры».

Несмотря на эту фальшивую простоту, существует большая неопределенность в отношении границ пространства и времени внутри черной дыры, которая до сих пор озадачивает исследователей.

«Я ищу тайну Вселенной, — сказал Фальке, — и верю, что тайна всегда будет».

По крайней мере, первые видеоролики о черных дырах дадут некоторые ответы.

Эта статья первоначально появилась в журнале Horizon.