[Перевод] Спросите Итана №114: Можем ли мы увидеть сверхмассивную чёрную дыру в центре нашей Галактики?

Одним из самых удивительных открытий астрофизики стало обнаружение гигантских чёрных дыр. Оказалось, что чёрные дыры формируются не только из сколлапсировавших ядер очень массивных звёзд, массой до 100 солнечных.

Сверхмассивные чёрные дыры, существующие в центрах галактик, имеют массу в миллионы, а иногда и миллиарды раз превышающую солнечную. Такая ЧД существует и в центре нашей Галактики. Пока что её можно было наблюдать лишь косвенно, но это не устраивает нашего читателя, спрашивающего:

Насколько я понимаю, в центре нашей галактики есть массивная чёрная дыра. Как близко нужно подобраться к ней, чтобы увидеть? Я думаю, не нужно быть слишком близко к горизонту событий, но раз вокруг неё есть столько звёзд, а вся пыль и обломки засасываются в ней, вряд ли её можно увидеть с достаточно большого расстояния, даже если находится сверху или снизу плоскости галактики.

Для начала расскажем, откуда нам известно о существовании чёрной дыры в центре нашей Галактики.

В видимом свете большое количество пыли, существующее в плоскости Галактики, закрывает нам вид на центр галактики. Но на других длинах волн, инфракрасных, рентгеновских и радио, мы можем видеть сквозь пыль и обнаружить много интересного, включая горячий газ, движущийся с огромными скоростями, вспышки, соответствующие поглощению материи ЧД, и самое интересное, орбиты отдельных звёзд проходят вокруг одной и той же точки, вообще не испускающей света.

Всё согласуется с тем, что в этой точке находится сверхмассивная чёрная дыра массой в 4 миллиона солнечных. А чем ЧД массивнее, тем она крупнее. Или, точнее, физически больше её горизонт событий – окружающий её регион, из которого не может убежать свет. Если бы наша Земля вдруг превратилась ЧД, она стала бы крошечной: диаметр её горизонта событий составлял бы всего 1,7 см. В случае с Солнцем этот диаметр составил бы уже 6 км.

А диаметр горизонта событий сверхмассивной ЧД в центре Галактики составляет 23,6 млн км, или 40% от размера орбиты Меркурия вокруг Солнца. В других галактиках существуют и гораздо более крупные ЧД. Просто они находятся от нас в миллионах, а не тысячах световых лет.

Для отдельного объекта это очень большой размер, а эффекты Общей теории относительности, заставляющие пространство искривляться, только увеличивают его! Но хотя размер этого объекта гигантский, он находится от нас крайне далеко, из-за чего его очень трудно рассмотреть. На расстоянии в 26000 световых лет видимый размер ЧД составит всего 19 угловых микросекунд, или 19 миллионных долей от одной шестидесятой доли одной шестидесятой доли градуса. Чтобы представить это, скажем, что разрешение космического телескопа им. Хаббла составляет 26 угловых миллисекунд, что более чем в 1000 больше, чем необходимое для того, чтобы увидеть эту ЧД.

В Теории, если мы подберёмся к ней ближе, на расстояние в несколько сотен световых лет, мы сможем увидеть её непосредственно. Но это практически неосуществимо. Однако у нас есть одна технология, способная позволить нам обойти это ограничение. На некоторых длинах волн, в частности, радио и рентгеновских, чёрная дыра может иногда ярко вспыхивать, или же объекты, проходящие рядом с ней, могут подсвечивать горизонт событий сзади.

Максимальное разрешение определяется размером зеркала телескопа – сколько длин волн может уместиться поперёк этого зеркала. Поэтому у рентгеновского телескопа Chandra разрешение очень большое, хотя сам он и невелик: у рентгена очень маленькая длина волны, и таких волн поперёк зеркала может поместиться много. Поэтому радиотелескопы такие огромные: радиоволны могут достигать нескольких метров, и для получения хороших разрешений требуются огромные телескопы.

Радиотелескопы в Пущинской радиоастрономической обсерватории

Но для получения большего разрешения есть обходной путь, не требующий постройки телескопа размером с Землю. Мы можем использовать набор телескопов, разделённых очень большими базисными линиями. Они будут собирать свет, как обычные, то есть объект будет довольно тусклым, но их разрешение будет таким же, как у телескопа с зеркалом, диаметр которого сравним с расстоянием между самыми удалёнными телескопами из массива!

Именно такую идею реализовывает проект Event Horizon Telescope, планирующий использовать большие базисные линии для коротких длин волн (1 мм) именно для интересующего нас измерения! Пока есть два предложения – для массива из 7 и из 13 станций, каждое из которых ответило бы на вопрос «есть ли у ЧД настоящий горизонт событий», пронаблюдав ЧД напрямую!

Стрелец A*, ЧД в центре Галактики, это идеальная цель, и ожидается, что у неё будет крупнейший из видимых с Земли горизонт событий. Забавно, что второй по размеру должен оказаться у ЧД в центре М87, крупнейшей галактики в скоплении Девы, и его размер будет в 5 раз больше максимального разрешения Event Horizon Telescope, а значит, мы сможем детально рассмотреть его джет, и понять, как именно эти сверхзвуковые выбросы формируются и ведут себя!

Но если вопрос был связан с использованием ваших глаз, если вы сами хотели увидеть ЧД – мне придётся вас разочаровать.

Разрешение человеческого глаза пустяковое, это всего 60 угловых секунд, то есть, чтобы рассмотреть нечто, чей видимый размер составляет 19 угловых микросекунд, вам нужно быть в три миллиона раз ближе к нему, то есть, подобраться на расстояние в 546 а.е. Ближайшая к нам звезда – солнце, а следующая – Проксима Центавра, она находится в 4,24 световых годах, или в 268 000 а.е. Да-да, вам нужно было бы быть в 500 раз ближе к ЧД, чем к ближайшей к нам звезде (кроме Солнца), только чтобы вообще рассмотреть хоть что-нибудь.

Я рекомендую пользоваться телескопами. Это и быстрее, и дешевле, и безопаснее межзвёздного путешествия – и более полезно, так как с их помощью можно увидеть гораздо больше, чем с помощью глаз.