Тест для черной дыры

Статья продается только в составе журнала

Целый век ученые безуспешно пытались найти недостатки в общей теории относительности Альберта Эйнштейна. Но она держалась уверенно. Однако до сих пор все измерения проводились в довольно слабых полях. Чтобы устроить этой теории окончательное испытание, нужно проверить, работает ли она там, где гравитация чрезвычайно сильна. И нигде во Вселенной сегодня нет более сильной гравитации, чем на краю черной дыры, на ее горизонте событий — границе, за которой гравитация столь велика, что ни свет, ни вещество, пройдя сквозь нее, уже никогда не вырвутся обратно. Внутренности черных дыр ненаблюдаемы, но гравитационное поле, окружающее эти объекты, заставляет близкое к их горизонту вещество выделять гигантский поток электромагнитного излучения, которое телескоп может зарегистрировать. Вблизи черной дыры мощная сила гравитации сжимает вещество аккреционного потока все сильнее и сильнее. Из-за этого падающее вещество нагревается до миллиардов градусов, делая близкую окрестность черной дыры одним из ярчайших космических источников. Если бы мы смогли наблюдать черную дыру в телескоп с увеличением настолько большим, чтобы разрешить горизонт событий, то смогли бы проследить, как вещество по спирали падает к точке невозврата, и увидели бы, ведет ли оно себя в соответствии с общей теорией относительности. Но здесь есть загвоздка: как создать такой телескоп, который сможет разрешить горизонт черной дыры? Ведь наблюдаемые с Земли черные дыры имеют крошечный угловой размер. Даже сверхмассивные черные дыры, обитающие, как ныне считается, в центрах большинства галактик и имеющие массу в миллионы и даже миллиарды раз больше, чем у Солнца, а диаметром порой превышающие нашу Солнечную систему, так далеки от Земли, что на небе их угловой размер невероятно мал. Ближайший пример — Стрелец А*, черная дыра массой 4 млн Солнц в центре нашей Галактики; ее горизонт событий — всего 50 микросекунд дуги в поперечнике, это видимый размер DVD-диска на Луне. Чтобы разрешить столь малый объект, телескоп должен иметь угловое разрешение в 2 тыс. раз лучше, чем у космического телескопа «Хаббл». Есть и другая проблема: эти черные дыры трудно увидеть по двум причинам. Во-первых, они располагаются в центрах галактик, в глубине газовопылевых облаков, блокирующих большую часть электромагнитного спектра. Во-вторых, то вещество, которое мы хотим заметить, — этот светящийся водоворот, стекающий в сторону горизонта, — само непрозрачно для большинства лучей. Следовательно, излучение лишь некоторых длин волн сможет уйти от края черной дыры и достигнуть Земли. Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — это международный проект, призванный преодолеть указанные препятствия и провести детальные наблюдения черной дыры. Для достижения наивысшего углового разрешения, возможного на поверхности Земли, EHT использует метод радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ), состоящий в том, что радиотелескопы в разных точках планеты одновременно наблюдают один и тот же источник и записывают полученные сигналы на диски, а позже с помощью суперкомпьютера создают из них единое изображение. При этом множество телескопов на разных континентах как бы образуют один телескоп размером с Землю. Угловое разрешение телескопа определяется отношением длины волны излучения к диаметру объектива, поэтому метод РСДБ дает намного более детальные изображения радионеба, чем любой оптический телескоп. 

Подробнее читайте на страницах журнала "В мире науки" №11_2015