Астрономы впервые измерили размеры чёрной дыры

Вот уже много лет одной из самых больших тайн астрономии являются зловещие чёрные дыры - области, обладающие чудовищным гравитационным притяжением.

Учёным известно, что эти загадочные образования засасывают любую материю. И даже свет, попавший за так называемый горизонт событий, не может вырваться наружу из чёрной дыры (это явление и определяет их название).

Известно также, что огромное количество материи, движущееся к неизбежному концу в центре космического монстра, образует в приграничной зоне чёрной дыры аккреционный диск. В отдельных случаях взаимодействие этого диска с чёрной дырой порождает удивительное явление под названием релятивистские джеты. Эти струи плазмы, вырывающиеся из центров галактик со скоростью света, можно наблюдать у 10% активных ядер галактик, содержащих в центре массивные чёрные дыры. До сих пор детали этого процесса оставались для астрономов неясными.

Международная группа учёных под руководством Шепарда Доэлмана (Sheperd Doeleman) из Обсерватории Хэйстак Массачусетского технологического института исследовала ядро гигантской эллиптической галактики М87, расположенной в 50 миллионах световых лет от Млечного Пути.

В самом центре этого звёздного скопления находится сверхмассивная чёрная дыра с массой в шесть миллиардов раз превышающей солнечную. В своей работе астрономы использовали данные сразу четырёх радиотелескопов - в Аризоне, Калифорнии и на Гавайях.

Исследователей космоса учёные при помощи программного обеспечения объединили в один интерферометр, получивший название "Телескоп горизонта событий" (EHT). Это сложное устройство позволило получать изображения в две тысячи раз более точное, чем снимки космического телескопа "Хаббл" (Hubble). С его помощью астрономы детально изучили светящуюся область у границ чёрной дыры. Результаты опубликованы в журнале Science.

Исследователи впервые точно измерили диаметр аккреционного диска. Оказалось, что он всего в 5,5 раза больше радиуса горизонта событий. Это позволило предположить, что диск и чёрная дыра вращаются в одном направлении. Расчёты показывают, что если бы они вращались в разных направлениях, диску не хватило бы энергии (при размере меньше девяти радиусов горизонта событий).

Это открытие поможет прояснить природу образования релятивистских джетов, а заодно проверить общую теорию относительности Эйнштейна.

Поясним. На данный момент существует две гипотезы появления струй плазмы. Первая гласит, что они возникают при взаимодействии аккреционного диска с магнитным полем чёрной дыры. По второй версии у самого горизонта событий тела могут распадаться на две части. При этом одна часть пересекает воображаемую черту и навсегда пропадает, а другая ускоряется за счёт энергии вращения чёрной дыры и выбрасывается в виде джета.

Разгадка тайны также кроется в трудах Эйнштейна, который считал, что расстояние, на которое материя должна приблизиться, чтобы навсегда пропасть во тьме, определяют масса и скорость вращения чёрной дыры.

"Теория Эйнштейна была проверена в условиях низкой гравитации Солнечной системы, - говорит Доэлман. - Но ещё никто не проверил её в единственном месте во Вселенной, где эта теория может дать сбой - на краю чёрной дыры".

Измерив размеры струй в галактике М87, учёные могут рассчитать скорость вращения дыры в её центре. На сегодняшний день они ещё далеки от окончательного прояснения этого вопроса. Но, по словам астрономов, они хотят провести большое количество измерений.

Для этого планируется расширить возможности EHT, подключив целый ряд радиотелескопов в Чили, Европе, Мексике и Гренландии.