Пенсионный советник

К черным дырам пока без России

Сделан важный шаг на пути к получению изображений сверхмассивных черных дыр

Николай Подорванюк (плато Чахнантор, Чили — Москва) 19.07.2012, 10:58
Так могло бы выглядеть ядро квазара 3C279 ESO/M. Kornmesser
Так могло бы выглядеть ядро квазара 3C279

Астрономы провели наблюдения ядра удаленного квазара с беспрецедентным разрешением — в 2 млн раз лучше человеческого зрения. Эти наблюдения являются решающим шагом к получению изображений сверхмассивных черных дыр, расположенных в центре нашей и других галактик. О возможности участия России в подобных наблюдениях «Газете.Ru» рассказал академик РАН, председатель совета РАН по астрономии Николай Кардашев.

В рамках поставленной задачи астрономы провели одновременные наблюдения на расположенном в Чили телескопе APEX (Atacama Pathfinder Experiment), субмиллиметровой решетке SMA на Гавайях (США) и субмиллиметровым телескопом SMT в Аризоне (США). Группа сумела получить рекордное за всю историю разрешение центра яркого квазара 3C 279, который содержит сверхмассивную черную дыру с массой около миллиарда солнечных масс и находится на расстоянии 5 млрд световых лет от Земли. В пресс-релизе Европейской южной обсерватории, которой принадлежит телескоп APEX, отмечается, что ранее делались попытки достичь еще большего разрешения с использованием некоторых косвенных методов, например микролинзирования (то есть искривления направления излучения, вызванного гравитационным полем) или межзвездных сцинтилляций (то есть искажений излучения, вызванных неоднородностями межзвездной среды), но для прямых наблюдений это рекордное разрешение.

Связь между телескопами была установлена с помощью метода интерферометрии со сверхдлинной базой (Very Long Baseline Interferometry — VLBI).

Чем больше апертура телескопа, тем больше угловое разрешение получаемых с его помощью изображений, а интерферометрия позволяет нескольким индивидуальным телескопам функционировать как единый телескоп с апертурой (базой), равной расстоянию между ними.

Подобный принцип используется в работе российского космического телескопа «Радиоастрон», который вот уже год находится на орбите вокруг Земли и о котором накануне писала «Газета.Ru».

Для наблюдений квазара 3C 279 исследовательская группа использовала вышеупомянутые три телескопа: APEX, SMA и SMT. Эти инструменты образовали интерферометр с трансконтинентальной базой в 9447 км от Чили до Гавайских островов, 7174 км — от Чили до Аризоны и 4627 км — от Аризоны до Гавайев. Включение в эту сеть телескопа APEX в Чили имело принципиальное значение, так как позволило получить самые длинные базы.

Схема интерферометрических наблюдений с участием APEX, SMA и SMT // ESO/L. Calзada
Схема интерферометрических наблюдений с участием APEX, SMA и SMT // ESO/L. Calзada

Наблюдения проводились в радиодиапазоне на длине волны 1,3 мм: на этой длине волны никогда ранее не проводились наблюдения с такими длинными базами. Достигнутое угловое разрешение, характеризующее четкость изображения, составило всего 28 микросекунд дуги — около 8 миллиардных долей градуса.

Это соответствует способности различать детали, в два миллиона раз более мелкие, чем способен различить человеческий глаз.

Такое разрешение на расстоянии данного квазара соответствует линейному масштабу менее одного светового года — отличный показатель для объекта, удаленного на миллиарды световых лет.

Эти наблюдения знаменуют новую веху на пути к получению изображений сверхмассивных черных дыр и окружающих их областей.

В будущем планируется соединять таким же образом еще большее число телескопов, чтобы создать так называемый Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope). Этот проект координируется MIT Haystack Observatory (США) и должен быть реализован к 2022 году. В рамках этого проекта станет возможным зарегистрировать изображение тени сверхмассивной черной дыры, находящейся в центре нашей Галактики, а также и аналогичных объектов в центрах других галактик. Такая тень (темная область, видимая на более ярком фоне) обусловлена тем, что черная дыра изгибает световые лучи.

Это стало бы первым прямым наблюдательным свидетельством существования горизонта событий черной дыры, границы, из-за которой не может вырваться даже свет.

«Я жду, что в ближайшее десятилетие будет получена Нобелевская премия за открытие черных дыр. Мы к этому подходим все ближе и ближе, — рассказывал в интервью «Газете.Ru» директор Государственного астрономического института имени П. К. Штернберга МГУ Анатолий Черепащук. — Во-первых, этих черных дыр уже как собак нерезаных. Для звездных черных дыр измерены массы, даны ограничения на размеры. А сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик — уже многие тысячи. Самое главное — надо измерить процессы вблизи горизонта событий, только так можно доказать, что это черная дыра».

Эксперимент с наблюдением ядра квазара 3C279 — это первое использование телескопа APEX в наблюдениях по методу VLBI. Это кульминация интенсивных трехлетних работ на высокогорном плато Чахнантор в Чилийских Андах, на высоте около 5000 м, где атмосферное давление вдвое ниже, чем на уровне моря. В ESO отмечают, что успешное использование телескопа APEX важно еще и потому, что он является прототипом строящегося телескопа ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array), который уже начал функционировать на том же плато. В феврале, когда автор этих строк был в Чили, было завершено сооружение 34 антенн. Сейчас их уже 40. После завершения строительства ALMA будет состоять из 54 параболических антенн, подобных антенне APEX (диаметром 12 м), и 12 тарелок диаметром 7 м.

Возможность включения ALMA в сеть телескопов сейчас рассматривается.

С учетом огромной собирающей площади антенн ALMA такие наблюдения могли бы дать в 10 раз более высокую чувствительность, чем проведенные начальные испытания, и тогда в будущих наблюдениях можно было бы получить изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

Стоит отметить, что наблюдения в субмиллиметровом диапазоне могут начать проводиться через несколько лет и российскими астрономами.

«Преемником» российского космического радиотелескопа «Радиотелескоп» (накануне отмечалась годовщина его запуска) должен стать космический телескоп «Миллиметрон», запуск которого Роскосмос пока планирует на 2017 год. Основным наземным пунктом этого телескопа должна стать радиоастрономическая обсерватория в Суффе (Узбекистан). «Это большое зеркало (диаметр — 70 м) начали создавать в Узбекистане еще в СССР. Строительство наполовину было закончено, но потом было заморожено. Оно заморожено и в настоящее время, — рассказал «Газете.Ru» научный руководитель проекта «Радиоастрон», директор АКЦ ФИАН, академик РАН, председатель совета РАН по астрономии Николай Кардашев. — Сейчас зеркало перепроектировано на более короткие длины волн, чтобы антенна работала в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах.

Это должен быть крупнейший телескоп, работающий в этой области спектра, расположенный в Северном полушарии Земли.

В Южном полушарии же, на высоте 5000 м, при участии крупнейшей в мире обсерватории — Европейской южной обсерватории (ESO) — заканчивается создание большого комплекса антенн ALMA, первые наблюдения уже проведены».

На просьбу «Газеты.Ru» прокомментировать заявление ряда научных чиновников о том, что для вступления России в ESO нужно отказаться от некоторых отечественных проектов, в том числе, возможно, и от строительства антенны в Суффе, Николай Кардашев ответил: «Сейчас проводятся обсуждения возможности вступления. Известно, что решение о вступлении поддержано Путиным и Медведевым, но вопрос не решен. Я очень надеюсь, что в течение года будет решение найдено и в будущем у нас будет возможность иметь работать как в Чили на ALMA, так и на большом зеркале в Узбекистане».