Как увидеть черную дыру?

    Полученное на прошлой неделе усилиями восьми телескопов и тринадцати институтов изображение черной дыры оказалось размытым и менее интересным, чем рисунки художников, поэтому историческое событие породило множество иногда ехидных мемов (если вдруг не видели: пончик, око Саурона, котик, котики, маркетинг). Как мы можем увидеть черные дыры в хорошем качестве и при этом реалистично?



    Реальность


    Минувшая неделя показала, что изображение черной дыры можно получить, объединив несколько телескопов в разных частях земного шара в интерферометр со сверхдлинной базой и потратив большое количество машинного и человеческого времени на обработку полученных данных.


    Изображение Event Horizon Telescope Collaboration

    Чем больше расстояние между телескопами, объединенными в интерферометр, тем выше разрешение. 20 угловых микросекунд Event Horizon Telescope сравнивают с чтением газеты в Нью-Йорке из Парижа. Сверхмассивная черная дыра в галактике М87 имеет диаметр 40 миллиардов километров, ее тень, видимая как черное отверстие в центре, в 2,5 раза больше (100 миллиардов), а вокруг вращается аккреционный диск поглощаемого газа еще в несколько раз шире. Поэтому черную дыру смогли разглядеть с гигантского расстояния в 55 миллионов световых лет.

    Несмотря на то, что черная дыра поглощает все, залетевшее за горизонт событий, ее можно заметить, изучая поведение вещества снаружи этого горизонта. Наблюдая за движением звезд в течение десятилетий, можно увидеть, как в центре нашей галактики они вращаются вокруг какого-то тяжелого, но невидимого объекта.


    Изображение Keck/UCLA

    Аккреционный диск черной дыры порождает релятивистские струи (джеты) — выбрасываемые с почти световой скоростью потоки плазмы. Вот, например, совмещение изображений в видимом («Хаббл») и радиодиапазоне джета галактики Hercules A.


    Изображение NASA

    А джет, исходящий из центра галактики Centaurus A, больше, чем сама галактика.


    Изображение CXC/NASA и ESO

    Выбросы могут быть и другой формы. Вот два «чиха» предположительно черной дыры в 26 миллионах световых лет от нас в рентгеновском диапазоне.


    Изображение NASA

    Еще один вариант — посмотреть на изменение траектории света, проходящего вблизи черной дыры. Из-за искривления пространства его путь меняется, и возникает эффект гравитационного линзирования, благодаря которому мы видим один и тот же объект повторенным на небе несколько раз. Особенно наглядно получается, когда галактика линзирует квазар (сверхмассивную черную дыру) — на небе возникает «крест Эйнштейна».


    Изображение NASA

    2016 год подарил нам возможность еще и услышать черные дыры. Преобразованные в слышимый человеческому уху диапазон гравитационные волны от слияния двух черных дыр дополняют визуальные красоты выше.


    Кино


    Там, где пока пасует реальность, на помощь приходит кино. На наше счастье режиссеры не ленятся приглашать настоящих ученых в качестве научных консультантов, и нарисованные объекты получаются весьма реалистичными. Вышедший в 2014 году «Интерстеллар» мог похвастаться очень качественным изображением сверхмассивной черной дыры, созданном на базе уравнений, написанных физиком Кипом Торном.


    Кадр из фильма


    А создатели появившейся в прошлом году картины «Высшее общество» привлекли французского астрофизика Орельена Барро. Результат оказался гораздо ближе к изображению Event Horizon Telescope, чем у «Интерстеллара».


    Кадр из фильма


    Спорить, кто из ученых более прав, нет смысла — оба изображения показывают научно корректные явления гравитационного линзирования и аккреционного диска. Кстати, первое изображение черной дыры было создано еще в 1979 году французским астрофизиком Жаном-Пьером Люминэ при помощи компьютера и, что совершенно неудивительно, похоже как на оба выше, так и на полученное на прошлой неделе фото реальной черной дыры.



    Виртуальность


    А если кому-нибудь мало просто смотреть и хочется большей интерактивности, например, полетать вокруг черной дыры самостоятельно, то для этого лучше всего подойдет бесплатный планетарий-песочница Space Engine. Оказаться возле черной дыры в центре M87 там — дело пары минут. Находим галактику, нажимаем Ctrl+Shift+G, вуаля, мы на месте.



    Делаем скриншот, немного играем с яркостью и цветом, и у нас есть почти точная копия реального изображения.



    А поскольку в Space Engine можно виртуально летать по всей Вселенной, энтузиасты не только посмотрели на M87, но и нашли гораздо более красивые кадры.

    image
    Черная дыра в центре M87







    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Комментарии 24

      +2
      Объясните, пожалуйста, один момент. Везде пишут, что на изображении — тень Чёрной дыры. Но что это за тень? Как ЧД её отбрасывает? Что является источником освещения?
        +3
        Тень в том смысле что из под горизонта событий свет не прилетает. Ну и сама дыра затеняет все что за ней находится. Точнее за так называемой сферой Шварцшильда
          +1
          Спасибо. Выходит, что для наблюдателя с Земли это не тень в строгом смысле, а просто некое «пустое место», которое непрозрачно, не излучает и не отражает фотоны и видимо только потому, что у него есть бэкграунд из звёзд и других излучающих объектов, на фоне которого он выглядит как дырка на скатерти?

          А эта «тень» в 2.5 раза больше ЧД потому, что это «тень» сферы Шварцшильда?
            +2
            размера ЧД как такового никто не знает — сфера Шварцшильда и есть горизонт событий — то есть это та граница где гравитация перестает выпускать свет. а сама ЧД может быть или сжатая в бесконечную точку (сингулярность) или иметь какие то конечные размеры или вообще быть какой то расплывчатой есть разные теории.
            0
            Это вы уже сами придумали, тень может отбрасываться и без горизонта событий, например фотонная сфера тоже будет отбразывать тень, даже если внутри нее не будет горизонта событий.
            +7
            на превью
            чёрный шар — чёрная дыра
            чёрный диск в руке — тень

            и посмотрите конечно видео. там всё подробно объясняется
              +1
              О, спасибо. Отличное видео, действительно, всё стало на свои места.
                0
                Непонятен момент: почему дыру сопоставляют с шаром?
                Вот представьте, например, я — Ваш друг. Собираюсь дарить Вам на ДР шарик (сфера), а потом вдруг «нету мани», и — о, точно! — дарю дыру..?
                Или лопается шарик, т.е. в нем появляется дыра… в дыре? (следуя из соотношения)
                Или дыра просто как символическое название явления?
                  0
                  поверхность шара = горизонт событий. Эта поверхность вполне определена в пространстве. её не так просто увидеть (: но суть её заключается в том, что ни одна частица/волна «дотронувшись» не сможет преодолеть силу гравитации и 100% будет затянуто внутрь за этот горизонт.
                  Фактические через эту «дыру» оно «выпадет» из вселенной — перестанет с ней взаимодействовать, на каком-либо уровне.
                    0
                    ну то есть, черная дыра — что-то типа портала механизм? как аналогия — изображения во всяких кино, ну схематично?
                    image

                    image
                  0
                  Иначе мы видили бы просто святящийся шар

                  Очень хорошее замечание в противовес мыльнепузырным объяснениям (в видео объясняется какая-то художественная мутосветотень)
                  Если дыра — это шар, то почему не полностью светящийся? Какое-то недо3Д 2Д и 3/4
                  Или такое из-за поглощения света?
                    0
                    Объяснить лучше чем Veritasium я даже пытаться не буду.
                  +1
                  Вот тут ещё объясняется: habr.com/ru/post/423993
                  Все знают о горизонте событий, но не все знают что мы видим не его, а фотонную сферу — область откуда свет ещё может уйти только если будет двигаться под острыми углами к нормали горизонта событий.
                  0
                  в Space Engine

                  А где джеты? Есть ли там дыра с джетами?
                    0
                    В исходной версии нет. Но люди делали кастомную реализацию при помощи комет.

                      0
                      А источник массы = звезда, которую поглощает чёрная дыра, на каких нибудь видео показана?
                      0
                      В следующей версии будут:
                      image
                      0
                      Я думаю, нам всем надо только радоваться, что качество снимков чёрной дыры такое плохое.
                      И не дай бог нам увидеть её хотя бы в HD. Пускай телескопы размером с землю и дальше не могут её сфотографировать))
                      Всех с пятницей. Картинки отличные.
                        +1
                        А нашу чёрную дыру почему нельзя увидеть? Акреционного диска там нет? И будет ли ближайшие звезды её перекрывает.
                          0
                          Нашу ЧД можно увидеть, но это будет сложнее. Она меньше(хоть и из-за расстояния угловой размер примерно одинаковый) и не такая яркая как ЧД М87. Плюс вокруг неё больше «шумов» в виде различного мешающего, для наблюдения газа и подобного. Насколько я помню, ученые наблюдали как раз за этими двумя ЧД, но выложили фотки М87, потому что от нашей не удалось получить адекватной картинки.
                            0
                            Т.к. мы находимся в плоскости вращения галактики, то увидеть черную дыру нашей галактики нам мешает то огромное количество звезд которое заполняет расстояние от нас до центра галактики, а другие галактики могут быть видны со стороны оси вращения этих галактик, поэтому между их черной дырой и землей может быть меньше звезд. Примерно так я это понимаю, надеюсь нормально объяснил, у меня иногда бывают с этим сложности.
                            0
                            Чем больше расстояние между телескопами, объединенными в интерферометр, тем выше разрешение. 20 угловых микросекунд Event Horizon Telescope сравнивают с чтением газеты в Нью-Йорке из Парижа. Сверхмассивная черная дыра в галактике М87 имеет диаметр 40 миллиардов километров, ее тень, видимая как черное отверстие в центре, в 2,5 раза больше (100 миллиардов), а вокруг вращается аккреционный диск поглощаемого газа еще в несколько раз шире. Поэтому черную дыру смогли разглядеть с гигантского расстояния в 55 миллионов световых лет.

                            Странные величины по мне. В справочники смотреть мне не охота, пишу по памяти. 55 миллионов световых лет — это примерно 15 мегапарсек, т. е. размер для диаметра орбиты земли будет 1/15 микросекунды. Если разрешение 20 микросекунд, значит один пиксель равен 300 диаметрам орбиты земли, т. е. 300 * 300 млн. км = 90 млрд. км. Т. е. тень получается чуть больше 1 пикселя? Хоть изображение и выглядит размытым, для 1 пикселя деталей всё равно многовато.

                              0
                              Как дыра (т.е. пустота, т.е. ничто) может отбрасывать тень?
                              Например, дырка в пластиковом стакане: тень будет отбрасывать стакан (т.е. материя), а дыра будет пропускать свет. (ну, в случае с именно черной дырой — наверное, будет поглощение света, соответственно, вопрос: откуда и что за тень?)
                                0
                                Выше в комментариях есть видео, посмотрите, надеюсь, будет понятней.

                              Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                              Самое читаемое