Первым делом изучат объект Стрелец А* (4,31 млн солнечных масс, предположительно, чёрная дыра) в центре нашей галактики
![](https://habrastorage.org/files/5e5/ea2/e8d/5e5ea2e8db34465da44fc3ebfb0108c4.jpg)
Исследователи из лаборатории информатики и искусственного интеллекта Массачусетского технологического института, Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и обсерватории Haystack разработали новый алгоритм, который поможет впервые в истории получить настоящее изображение чёрной дыры. Точнее, той области пространства-времени, в центре которой находится сама чёрная дыра, невидимая по определению.
Конечно, в интернете полно картинок чёрных дыр, и в научно-фантастических фильмах и сериалах мы видели чёрные дыры сотни раз. Но всё это плод фантазии художников, дизайнеров и самих учёных, которые только предполагают, как может выглядеть окружение горизонта событий.
Если расчёты американских радиофизиков верны, и если их усилия поддержат коллеги из других стран, то скоро мы узнаем правду.
«Чёрная дыра находится очень, очень далеко, и это очень компактный объект, — объясняет Кэти Боуман (Katie Bouman), ведущий автор научной работы и аспирантка Массачусетского технологического института. — [Сфотографировать чёрную дыру в центре галактики Млечный Путь] — это как заснять грейпфрут на поверхности Луны, но только с помощью радиотелескопа».
Чёрная дыра в центре нашей галактики находится на расстоянии 26 000 световых лет, она окружена радиоизлучающим газовым облаком диаметром около 1,8 парсек. При этом диаметр самой чёрной дыры оценивается всего в 44 млн км, что сравнимо с радиусом орбиты Меркурия, самой близкой к Солнцу планеты Солнечной системы. Чтобы детектировать настолько далёкий и крошечный объект, требуется телескоп диаметром 10 000 километров. Построить его весьма затруднительно, ведь у Земли диаметр всего 12 742 км.
Поскольку строительство телескопа размером с Землю — не вариант, то пришлось искать другое решение. Учёные разработали алгоритм, который объединяет в единое целое данные с радиотелескопов по всей планете, чтобы отфильтровать шум и построить синтезированное изображение. Проект получил название Event Horizon Telescope: Телескоп горизонта событий.
«У радиоволн масса преимуществ, — говорит Боуман. — Как радиоизлучение проникает сквозь стены, так оно проходит сквозь облака галактической пыли. Мы бы никогда не смогли рассмотреть центр нашей галактики в видимом диапазоне, потому что между нами находится слишком много всего».
![](https://habrastorage.org/files/071/317/a62/071317a624954b0586b96c4b5798c386.jpg)
Расположение Солнечной системы (в центре жёлтой точки) относительно центра галактики, где расположена сверхмассивная чёрная дыра
Впрочем, из преимуществ радиотелескопов вытекают их недостатки. Из-за необходимости регистрировать очень длинные волны размер антенны должен быть гигантским. Сейчас у самого большого радиотелескопа с одной антенной на Земле диаметр антенны 304 метра. Поэтому для практических целей астрофизики используют радиоинферометры — инструмент для радиоастрономических наблюдений с высоким угловым разрешением, который состоит минимум из двух антенн, разнесённых на расстоянии и связанных между собой кабельной линией связи.
Принцип работы
Если взять две антенны, расположенных на расстоянии d (база) друг от друга, то сигнал от источника до одной из них будет приходить чуть раньше, чем до другой. Если затем сигналы с двух антенн проинтерферировать, то из результирующего сигнала с помощью специальной математической процедуры редукции можно будет восстановить информацию об источнике с эффективным разрешением. Такая процедура редукции называется апертурным синтезом.
Фактически, Телескоп горизонта событий и представляет собой такой гигантский радиоинтерферометр.
Боуман с коллегами уже заручились поддержкой шести обсерваторий в разных уголках планеты, которые согласились участвовать в проекте Event Horizon Telescope. В ближайшие недели ожидается подтверждение участия от других обсерваторий.
По плану, сначала радиоинтерферометр испытают на объекте Стрелец А — комплексном радиоисточнике, расположенном в центре нашей галактики. В его состав входят останки сверхновой (Стрелец А Восток), комплекс из трёх газопылевых облаков (Стрелец А Запад) и самое интересное — Стрелец А*, предположительно сверхмассивная чёрная дыра. Она излучает в инфракрасном, рентгеновском и других диапазонах.
Данные от этого объекта будут отфильтрованы от шума и использованы для генерации синтетического изображения чёрной дыры и окружающего пространства.
Разработанный радиофизиками алгоритм для синтеза данных радиотелескопов в одно изображение называется CHIRP (Continuous High-resolution Image Reconstruction using Patch priors). После тренировки на Стрельце А* его предполагается использовать для наблюдения других больших и маленьких чёрных дыр в разных регионах нашей галактики, а также за её пределами.
Сегодня чёрные дыры регистрируются обсерваториями с помощью компьютерного сканирования, которое записывает яркие вспышки света, например, при поглощении звезды, из которой чёрная дыра «высасывает» плазму.
![](https://habrastorage.org/files/1af/caa/5e1/1afcaa5e1559470d9f75c79658db021a.png)
Полученные координаты будут использовать для направления радиоинтерферометра Event Horizon Telescope и обучения алгоритма CHIRP методами, которые сейчас используются в алгоритмах машинного зрения. Со временем программа сумеет самостоятельно обнаруживать такие паттерны.
Научная работа группы исследователей из Массачусетского технологического института, Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики и обсерватории Haystack с подробностями разработанного алгоритма будет представлена 27 июня 2016 года на Конференции по компьютерному зрению и распознаванию образов (Conference on Computer Vision and Pattern Recognition) в Лас-Вегасе. После этого другие учёные получат возможность проверить расчёты американских коллег и, если всё правильно, то первое изображение чёрной дыры мы получим примерно через год.
Ждём с нетерпением.
Комментарии (34)
Wizard_of_light
07.06.2016 21:32+3Но это же очередная программа апертурного синтеза. Или всё-таки есть что-то необычное? Антенны радиотелескопов, кстати, большие в основном не для повышения разрешения, а для повышения чувствительности — разрешение уже давно интерферометрией увеличивают. Если именно высокое разрешение нужно, то непонятно, почему не подключат «Радиоастрон», с ним базу можно увеличить до 350000 км — недостаточно интересный проект, чтобы время выделили?
motomichael
08.06.2016 00:45+4Потому что все задействованные в проекте инструменты работают на миллиметровых волнах, а у «Радиоастрона» самая короткая волна — 1.2 см. Тут был бы кстати «Миллиметрон», но его теперь планируют запустить только после 25-го года.
DryominG
08.06.2016 02:11+2Вы правы, самая длинная волна для Event Horizon Telescope — 1,3 мм (минимальная — 0,66 мм).
www.eventhorizontelescope.org
netaholic
07.06.2016 21:50-6«У радиоволн масса преимуществ, — говорит Боуман. — Как радиоизлучение проникает сквозь стены, так оно проходит сквозь облака галактической пыли. Мы бы никогда не смогли рассмотреть центр нашей галактики в видимом диапазоне, потому что между нами находится слишком много всего».
А разве основная причина того, что мы не можем разглядеть центр нашей галактики в видимом спектре, не в эффекте Доплера?GennPen
07.06.2016 22:07+1Тут недавно проскакивали комменты. Знаете с какой скоростью скоростью должен двигаться автомобиль, чтобы красный сигнал светофора стал зеленым из-за эффекта Доплера?
WST
08.06.2016 09:01+2Если бы причина была в нём, то не могло бы получиться так, что мы не видим центр своей галактики, но видим центры миллиардов других, на порядок более удалённых.
netaholic
07.06.2016 22:44Автомобили и космос это немного разные вещи. Например дорога перед автомобилем не расширяется, по мере того как он приближается к светофору.
Я спросил потому как знаю, что свет от звёзд имеет «redshift». И только небольшая часть наблюдаемой вселенной доступна нам в видимом спектре из-за скорости расширения вселенной. Чего я не учёл, так это того, что в локальных объектам (в нашей галактике, например), силы гравитации компенсируют расширение пространства и наш Млечный путь не расширяется. Так что отвечая на собственный вопрос — да, мы не видим центра нашей галактики из-за того, что между нами находится много всегоCaptainFlint
08.06.2016 00:24+4Область, недоступная для наблюдения из-за расширения — 46 миллиардов световых лет от нас. Расстояние до центральной чёрной дыры — 26 тысяч св. лет. Почувствуйте разницу, как говорится.
zim32
07.06.2016 23:54-3Я думаю что черная дыра излучает свет и информацию, просто она нас не достигает в нашем времени
ponich
08.06.2016 00:31+1Такой странный вопрос возник. А если черная дыра не отдаст «пинг» обратно что как по мне очевидно, то астрономы подумают что там нечего нету и радиолокация прошла дальше пока не обнаружила обьект?
И ещё один. Расстояния до черной «дыры» как написано в статье 26к с.л. Это означает что результат мы получим не сразу? То есть минимум через 26к лет?
Прошу прощения, не селен в астрономии, просто интересно.Meklon
08.06.2016 00:57+5Мы увидим эту дыру из ее прошлого. Какой она была 26к лет назад.
hMartin
08.06.2016 03:10+1а если никакой вселенной уже нет? мы наблюдаем то, что уже разрушилось и ждем своего череда?)
Rampages
08.06.2016 08:49+1да, и ваша жизнь больше никогде не будет прежней :)
вы можете просто посмотреть ночью на небо, и многие из тех звезд, что вы увидите уже давно перестали существовать, но для нас они будут светить еще многие годы, века, тысячелетия…
stranger2015
08.06.2016 01:38+4Радиотелескоп — не локатор, а просто приёмник! Он никак не «пингует», а лишь «слушает» небо в определённых диапазонах.
Так что, ждать ничего не надо, но… да! Мы никогда не узнаем, что там сейчас, мы увидим картинку того, что там происходило 26 тысяч лет назад — такая штука со всеми далёкими объектами!ARad
08.06.2016 08:19+1Во первых за 26 тыс. лет мало что может измениться у черной дыры в центе млечного пути. Во вторых как раз такая "картинка" позволяет видеть галактики от ранней вселенной до нашего времени. Т.е. видеть вселенную в разное время.
volkot
08.06.2016 02:50+1«Туда» ничего не посылается.
Мы просто тут на месте увидим то, что «долетело оттуда» к моменту наблюдения
boogiebomzh
08.06.2016 03:27Можно ли синтезировать апертуру не с двумя антеннами, а с одной, которая движется в пространстве относительно объекта съемки?
kiruha87
08.06.2016 05:36+1Короткий ответ — нет. Так как два сигнала принятых одной антенной были испущены в разное время объектом и скорее всего (если объект это не лазер или мазер) не когерентны.
DrZlodberg
08.06.2016 09:40На самом деле одной (вроде) можно, если использовать 2 отражателя которые фокусируют сигналы на одной антенне. Хотя не уверен в качестве сигнала.
Можно и совсем одной, если она умеет перемещаться быстрее скорости света :)
Кстати возник тут вопрос, а сигналы искаженные гравитационной линзой можно использовать для этого?
kaichou
08.06.2016 11:10Бесит, когда чёрную дыру рисуют чёрным кругом.
Её в разрезе рисуют, что ли?
Она же всегда в сплошном газопылевом облаке.1eqinfinity
08.06.2016 11:39Вовсе не обязательно. Если она втянула все, что могла, вокруг себя и просто шаро''бится по окресностям, вокруг нее будет не очень-то много вещества.
MaxxONE
08.06.2016 16:00Обращаю ваше внимание на то, что планеты вокруг Солнца движутся практически в одной плоскости. Наша галактика имеет уплощенную форму. Где-то здесь же, на гиктаймс, проскакивало объяснение этому, но пруф кинуть не могу.
Procyon_lotor
08.06.2016 19:42Это видимо связано с тем, что тело может крутиться по инерции только вокруг одной оси, а система тел изначально может двигаться как угодно, но со временем из-за столкновений, а может достаточно и взаимного гравитационного взаимодействия, придет к «общему знаменателю» и все тела выстроятся приблизительно в одной плоскости.
mehrunes_dagon26
08.06.2016 21:14Вообще говоря, это непосредственно следует из решения задач на движение точки в центрально-симметричном поле(ну теормех).
А вот найти объяснение на физ. законах более сложная задача, тут математика выигрывает.
deviant_9
08.06.2016 21:20+1> тело может крутиться по инерции только вокруг одной оси
Строго говоря, нет: момент импульса (который в изолированной системе сохраняется) и вектор угловой скорости не обязаны быть коллинеарными, они связаны через тензор инерции. Так что ось вращения в общем случае меняется. Наглядная иллюстрация — эффект Джанибекова.
Но вообще да, в направлении момента импульса системе тел в космосе ничто особо не мешает сплющиваться, поэтому они в конечном счёте выстраиваются в перпендикулярной ему плоскости.
DryominG
«Радиоастрон» останется не у дел?