Галактика Млечный путь и Стрелец А
Вселенная

Как открывали Стрелец А* – чёрную дыру в центре Млечного Пути

В центре нашей галактики располагается черная дыра. Она в четыре миллиона раз массивнее Солнца, и весь Млечный Путь вращается вокруг неё. Её изучение обещает нам гигантские научные прорывы, вроде понимания природы гравитации. Однако практически всю историю астрономии никто не был уверен в том, что она существует. Черные дыры не излучают свет, а имевшееся оборудование было недостаточно чувствительным, чтобы «разговорить» радиоволны, излучающиеся окружающей их материей. Лишь в 1974 году группе учёных удалось предоставить убедительные доказательства её существования. Сегодня эта черная дыра называется Стрелец А*, а её обнаружение считается одним из крупнейших открытий в истории астрономии. 

Млечный путь (компьютерная модель). Спиральная галактика с перемычкой. В центре предположительно находится сверхмассивная чёрная дыра — Стрелец А*. Доминируют два из четырёх рукавов.
Млечный путь (компьютерная модель). Спиральная галактика с перемычкой. В центре предположительно находится сверхмассивная чёрная дыра — Стрелец А*. Доминируют два из четырёх рукавов.

Эта история началась в 30-х годах прошлого века в недрах одной всемирно известной телефонной компании. Физик по имени Карл Янский работал на “Bell Labs”, и перед ним стояла довольно сложная задача – искать источники помех в трансатлантической телефонной связи. Он добросовестно выполнял свои функциональные обязанности, но по большей части засекал лишь отголоски гроз и других вполне земных явлений. Однако в какой-то момент он обнаружил ещё один источник, который, как казалось, находился где-то в межзвездном пространстве – в центре Млечного Пути, в области, именовавшейся Стрелец А.

Компанию “Bell Labs” данный источник помех не заинтриговал, так как был явно неустраним, однако астрономы проявили к нему самый живой интерес. В течение нескольких десятилетий они исследовали регион, пытаясь понять, что излучает эти радиоволны. Но, несмотря на то, что сигналы были довольно сильными, у них не было телескопов, которые могли бы выделить то, что их испускает. Это было похоже на попытку нарисовать картину неба очень большими пикселями. При этом источник волн находился в пикселе, в котором было множество других объектов.

Чтобы решить эту проблему, была использована радиоинтерферометрия. Интерферометр представляет группу из двух или нескольких радиотелескопов, принимающих сигнал от одного-единственного объекта. Все они вращаются вместе с Землёй, и когда планета завершает свой дневной оборот, образуют что-то вроде гигантской виртуальной тарелки телескопа. Чтобы синхронизировать сигналы разных радиообсерваторий, требуется сложнейшая компьютерная обработка, но оно того стоит. Так как в данной системе разрешение зависит от расстояния между телескопами, а не от диаметра одной тарелки. Это означает, что с её помощью при желании можно получить очень детальную картину.

Радиоинтерферометр ВСРТ в обсерватории Вестерборк (Нидерланды)
Радиоинтерферометр ВСРТ в обсерватории Вестерборк (Нидерланды). Автор: Onderwijsgek [CC BY-SA 2.5 nl (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5/nl/deed.en)]

У первых исследователей Стрельца А такой возможности не было, но уже к концу 60-х астрономы начали сужать круг кандидатов на роль источника радиосигнала. Именно в это время учёные-теоретики предположили, что столь мощной энергией может обладать черная дыра. В 1971 году группа английских исследователей увидела некую структуру, но разрешения “изображения” всё равно не хватило, чтобы выделить конкретный объект. Наконец, в 1974 году два астронома объединили интерферометр в Грин-Бэнк, Западная Виргиния, с телескопом в соседнем городке Хантерсвилл в одну виртуальную систему, имеющую разрешение 35-километровой тарелки. Благодаря этому они выделили единственный источник сигнала, который, по их мнению, действительно был черной дырой. В статье, описывающей свои исследования, они предположили, что она не только находится в центре Млечного Пути, но и полностью определяет всё то, что там происходит.

Это было настолько значительное открытие, что Боб Браун, один из этих двух учёных, почувствовал себя вправе дать обнаруженному объекту наименование. Так как это был типичный ботаник, мышление которого отличалось неординарностью, он решил, что наиболее подходящим будет Стрелец A*. На фоне других космических объектов, которые нарекаются такими же оригиналами, оно вроде бы выделяется не очень сильно, но тут надо понимать ход мыслей Брауна. Его вдохновили физики-ядерщики, которые используют “звездочку” для указания, что атом находится в возбужденном состоянии. Здесь же она обозначала, что открытие было “захватывающим”. Мило, не правда ли? 

Но какой бы очаровательной ни была данная история к этому моменту, до её завершения было ещё неблизко. Так как далеко не у всех ученых хватало решимости признать, что Стрелец A* – это черная дыра. В принципе, это было более чем объяснимо – в тот момент не были известны ни масса, ни радиус этого объекта, что могло бы устранить все сомнения. Потребовались десятилетия дальнейших исследований, чтобы подтвердить открытие и добиться приемлемого представления об этом массивном объекте и его окрестностях. Над этим работали десятки ученых по всему миру, и к началу нулевых картина стала выглядеть более или менее отчётливо.

В 2002 году учёные из Калифорнийского университета отследили движение звезд в непосредственной близости от черной дыры. Использовав информацию об их орбитах, они определили массу и радиус Стрельца А*, показав раз и навсегда, что ничем иным, кроме как черной дырой, он быть не может. Ничто другое не могло быть в 4 миллиона раз массивнее нашей звезды, умещаясь при этом в радиус системы Меркурий-Солнце. Науке неизвестны другие объекты подобной плотности. Таким вот замысловатым образом статические помехи на линиях телефонной компании привели к одному из величайших открытий в астрономии – сверхмассивной черной дыры, находящейся на расстоянии 26000 световых лет от нас. 

Впрочем, эта история еще не закончилась. Средства наблюдения, поступающие в распоряжение учёных, становятся все более мощными и чувствительными, и объём наших знаний о Стрельце А* будет становиться только больше. Возможно, наблюдения за ним и другими черными дырами позволят подтвердить или опровергнуть теоретические построения Эйнштейна о гравитации и свойствах пространства-времени. Исследователи уже в ближайшее время постараются сфотографировать его, как это уже сделано со сверхмассивной чёрной дырой в соседней с нами галактике M87. Когда это произойдет, мы сможем воочию увидеть объект, который ученые нащупывали в полной темноте в течение почти полувека.

Text.ru - 100.00%

Поделиться ссылкой:

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector