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.


Черная дыра в центре M87