«Это не просто картинка». Астрофизик Сергей Попов — о первом изображении черной дыры

10 апреля международная группа астрофизиков представила первое в истории изображение черной дыры. Изображение дыры в центре галактики M87 в созвездии Девы — результат двух лет обработки данных, полученных радиотелескопами по всей планете. «Медуза» попросила астрофизика, ведущего научного сотрудника ГАИШ МГУ Сергея Попова рассказать, как получилось «сфотографировать» черную дыру и что видно на этом изображении.

Прежде всего, это потрясающе! С одной стороны, сама картинка — это то, что мы и ожидали увидеть. Но поразительно то, что мы все-таки смогли это увидеть. Судя по всему, полученное изображение подтверждает теоретические предположения о том, как устроены черные дыры. Важно понимать, что научный результат высокого уровня — это не просто картинка, все надо измерить, промоделировать. Это предмет научных публикаций, которые уже появились (их целых шесть, и в них детально описаны результаты, методики, моделирование и прочее). Никто, в принципе, не ожидал, что качество первого изображения будет настолько фантастическим, что мы сможем увидеть какие-то отклонения от общей теории относительности или еще что-то в этом духе. Чтобы начать использовать изображение тени черной дыры для проверки теорий гравитации, еще понадобится поработать.

Сразу оговоримся, что цвета на изображении условные. Его можно было сделать зеленым, желтым, синим — каким вам нравится. Исходное изображение с телескопов получается монохромным, в оттенках серого. Самое главное — внутренняя черная часть. Ее размер совпадает с ожидаемым размером черной дыры, это и представляет интерес.

Почему мы не увидели картину, которая была в «Интерстелларе»? В фильме нам показывали, как черная дыра искажает изображение вещества, вращающегося в виде диска вокруг нее, — вы смотрите как бы через кривое стекло. Причем там было показано, что диск вещества появляется и посередине черной дыры. Почему мы не увидели точно такую же картину с помощью радиотелескопов? Потому что ракурс другой. Мы смотрим на аккреционный диск в М87 почти с полюса, а в «Интерстелларе» нам показывают ее почти с экватора. Иногда еще черную дыру представляют как воронку, но это чистая иллюстрация распределения гравитационного потенциала вокруг дыры. Увидеть такое нельзя.

Впервые была задействована система такого масштаба, как «Телескоп горизонта событий» — это несколько радиотелескопов, работающих в миллиметровом диапазоне, раскиданных по всему миру. Люди научились одновременно использовать эти инструменты для наблюдения одного объекта. Ключевым моментом было появление в 2013 году системы телескопов ALMA в Чили — это ядро «Телескопа горизонта событий». Объединение большого количества телескопов от Антарктиды до Гренландии и возможность совместной обработки данных впервые позволили это сделать.

Данные с телескопов обрабатывали почти два года. Это очень трудоемкий процесс. Я бы не сказал, что это долго. Важно понимать, что ученым нужно было исключить все возможные ошибки. Не было никакой спешки, ведь у них нет конкурентов. Они тщательно выполняли очень трудную работу. Не думаю, что это технически можно сделать быстрее, чем за полгода-год. Наверное, дополнительное время ушло на многочисленные проверки. Это гарантия высокого качества результатов.

Телескопы, использованные для этого эксперимента, не строились специально под эту задачу. Это универсальные инструменты, которые сами по себе фантастически успешны. В пределах досягаемости «Телескопа горизонта событий» есть еще одна черная дыра — она в центре нашей галактики Млечный Путь. Ее, скорее всего, тоже покажут. О применении «Телескопа горизонта событий» для наблюдения за какими-то другими объектами пока говорить рано.

В любом случае это демонстрация нашей способности проводить определенный вид исследований, и эту способность можно развивать, специализировать. Представьте, что Христофор Колумб вернулся первый раз из Америки и вы задаете ему разные вопросы. Он пока не может ответить вам, какие там ресурсы, но уже ясно, что там что-то есть. Что там не только океан, а большая земля. Мы знаем теперь, что туда можно плыть.