Семь лет назад стартовал грандиозный эксперимент по получению первых изображений чёрной дыры. Эти совершенно невидимые и даже сейчас всё ещё гипотетические объекты попытались запечатлеть на снимках. Первым получили изображение сверхмассивной чёрной дыры M87*, а вслед за ним снимок намного меньшей чёрной дыры в центре нашей галактики — Стрелец A* (Sgr A*). И этим дело не ограничилось.

Изображение магнитных полей чёрной дыры Стрелец А* в поляризованном свете. Источник изображения: Event Horizon Telescope

Следует сказать, что чёрные дыры M87* и Sgr A* находятся на противоположных концах шкалы масс этих объектов. Чёрная дыра в центре нашей галактики имеет всего 2,6 млн солнечных масс (4,3 по другим источникам), что противостоит M87* с массой 6 млрд солнечных. Соответственно, у них такая же разная динамика. Чёрную дыру M87* на удалении 55 млн световых лет от нас можно снимать с выдержкой в несколько дней и даже недель, тогда как более мелкая и юркая чёрная дыра Sgr A* находится всего на расстоянии 27 тыс. световых лет, и снимать её нужно с выдержкой от нескольких минут до часов, иначе чётких структур на изображении не получить.

Что касается самой методики получения снимков, то также следует понимать, что напрямую увидеть объект и его тень нельзя. Объект в принципе недоступен для регистрации в любом электромагнитном диапазоне (об излучении Хокинга мы сейчас не говорим), зато его тень — окружающую чёрную дыру вещество в аккреционном диске, выбрасываемое в пространство электромагнитными полями чёрной дыры, можно легко наблюдать в радиодиапазоне. Проблема тут в низком разрешении отдельных радиотелескопов, поэтому для получения снимков чёрной дыры была создана коллаборация «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT).

Радиоданные, в отличие от оптических данных (условно — фотографий), достаточно легко объединить в один массив. Поэтому следить за чёрной дырой можно было сразу со многих радиотелескопов, причём не обязательно полностью синхронно. Нужно было лишь точно сопоставить данные наблюдений, например, с помощью атомных часов или сигналов GPS. Потом жёсткие диски с результатами свозились в одно место и обрабатывались как единый массив, полученный виртуальным радиотелескопом размером с Землю.

Изображение M87* было собрано из данных достаточно быстро — уже в 2019 году. На обработку данных о нашей чёрной дыре Sgr A* ушло пять лет. Первое изображение обнародовали только в 2022 году. Это было, как получить чёткий снимок дерева на сильном ветру, сетовали учёные. Но у них получилось, и изображения оказались достаточно похожими, несмотря на огромнейшие различия в массе объектов.

Затем учёные провели наблюдение за M87* в поляризованном свете и синтезировали снимок электромагнитных полей вокруг этого объекта. Возникло разумное желание посмотреть, а как с этим обстоят дела в случае нашей чёрной дыры? Снова наблюдения — и первый результат, который не разочаровал. Впервые полученный в поляризованном свете снимок магнитных полей чёрной дыры Стрелец A* оказался очень и очень похожим на такое же изображение M87*. Из этого учёные делают вывод, что хотя M87* и Стрелец A* совершенно разные по набору характеристик чёрные дыры, устроены они крайне похоже.

Похожесть M87* и Стрелец A* теперь открывает путь к обнаружению джета Стрелец A*. Джет M87* обнаружен около ста лет назад и хорошо наблюдается, что позволяет вычислить скорость вращения чёрной дыры. С нашей дырой пока ничего непонятно. Нам неизвестна её ориентация и скорость вращения. Снимки в поляризованном свете обещают помочь с разгадкой этих тайн, о раскрытии которых учёные совсем недавно даже не думали.

Чёрные дыры теперь не просто позируют на фотографиях, они участвуют в фотосессиях. Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала новые изображения M87* — сверхмассивной чёрной дыры в центре галактики Мессье 87 — используя данные наблюдений, сделанных в апреле 2018 года. На очереди публикация снимков 2021 и 2022 года, а также подготовка к съёмке в 2024 году. Эйнштейн был бы в восторге.

Изображения чёрной дыры M87* с разницей в один год. Источник изображения: Event Horizon Telescope

Первое в истории изображение чёрной дыры — объекта M87* — было обнародовано в 2019 году. Данные собирались «Телескопом горизонта событий» в апреле 2017 года. Несколько разбросанных по всей Земле радиотелескопов синхронно наблюдали за объектом в процессе так называемой высокочастотной радиоинтерферометрии. Сеть радиотелескопов превратилась в виртуальный радиоинструмент размерами почти с Землю. Это дало впечатляющее разрешение, что позволило уловить электромагнитные волны от энергетических процессов в аккреционном диске чёрной дыры, удалённой от нас на 55 млн световых лет.

С оптическими телескопами такое провернуть невозможно. Синхронизация по визуальным объектам требует невообразимого объёма данных, тогда как радиоданные легко синхронизируются и свозятся для обработки в единый центр на обычных цифровых носителях. Например, на жёстких дисках. Именно так были получены первые изображения чёрной дыры. Точнее, её тени на фоне аккреционного диска.

В апреле 2018 года коллаборация «Телескопа горизонта событий» провела новый сеанс наблюдений за M87*. Были получены ещё более чёткие и обширные данные, за что надо благодарить, во-первых, новый радиотелескоп в сети — добавилась тарелка в Гренландии и, во-вторых, наблюдение в четырёх частотных диапазонах около 230 ГГц вместо двух, как раньше.

Новое наблюдение позволило закрепить достижение — факт получения отчётливых прямых изображений чёрных дыр. Также учёные убедились, что радиусы тени чёрной дыры и линзированного аккреционного диска за год не изменились, что предсказывало учение Эйнштейна. Наблюдаемой чёрной дыре особенно нечего поглощать в месте её размещения и её рост будет практически незаметным на фоне существования человечества, а не то, что год спустя.

Тем не менее, новые данные позволяют судить о процессах в диске аккреции вещества. Например, яркая область за год сместилась против часовой стрелки примерно на 30°. Также детальное изучение данных раскрывает динамику магнитных полей вблизи объекта, плазмы и энергии. Учёные рассчитывают увидеть джеты этой дыры, пока на изображениях видны только признаки выброса струй энергии.

Кроме того, учёные понемногу оттачивают алгоритмы для анализа изображений чёрных дыр, которые предстают перед нами в своём истинном обличье, если так можно сказать об объектах, в принципе невидимых для наших приборов. Всё что у нас есть — это тень чёрной дыры (втянутые за горизонт событий фотоны) и искажённое чудовищной гравитацией линзированное изображение аккреционного диска.

Группа астрофизиков из Национальной радиоастрономической обсерватории Грин-Бэнк случайно обнаружила нечто необычное — спиральную галактику, в которой не обнаружилось ни одной звезды. Это может быть первым открытием первичной галактики во Вселенной — облака газа, неизменного с начала времён нашей Вселенной.

Красным обозначена удаляющаяся от нас область газа, синим — двигающаяся к нам. Источник изображения: STScI/NSF/GBO/P.Vosteen

Никто специально не собирался смотреть на тот участок неба, куда случайно был направлен радиотелескоп Грин-Бэнк. Планировалось совместное наблюдение совсем другого участка неба в паре с французским радиотелескопом Nançay. Обе группы работали по программе наблюдения галактик низкой поверхностной яркости (LSB galaxy, low-surface-brightness galaxy). Это обычно карликовые галактики с редкими звёздами. Такие объекты на 95 % состоят из тёмной материи и межзвёздного газа в них намного больше, чем видимых звёзд. Тем самым радиотелескоп был готов улавливать данные о межзвёздном газе в наблюдаемой точке, но произошло это как выстрел наугад.

Полученные данные ошеломили учёных. Они увидели объект, получивший индекс J0613+52, размерами и формами напоминающий классическую спиральную галактику как наш Млечный Путь или другие. Однако в нём не было обнаружено ни одной звезды. Облако газа вело себя как галактика и вращалось вокруг своего центра, что показало измерение доплеровского смещения. Одна его область двигалась в нашу сторону, другая — двигалась прочь от нас.

Объект вёл себя так, как если бы из Млечного Пути вдруг пропали все звёзды. Возможно, плотность газа в галактике J0613+52 оказалась недостаточной для запуска процессов звездообразования, а внешних провоцирующих этот процесс событий не произошло. Учёные не исключают, что они просто не увидели звёзд в J0613+52, но оставляют за собой право надеяться, что это может быть первое открытие в нашей части Вселенной первичной галактики, такой, какой она была 13,8 млрд лет назад.

Дальнейшее наблюдение за J0613+52 может быть сопряжено с трудностями, поскольку она видна только в радиоволновом диапазоне. Но это же заставляет задуматься о поиске похожих объектов на других участках неба с помощью радиотелескопов. Учёные нашли нечто потенциально удивительное и теперь не упустят возможности разузнать о нём больше.

На юго-западе Китая стартовала опытная эксплуатация крупнейшего в мире солнечного радиотелескопа. За активностью нашего светила будет следить массив из 313 шестиметровых антенн, расположенных по кругу диаметром 3,14 км. Приближается пик очередного максимума солнечной активности, и китайские учёные готовятся встретить его во всеоружии.

Источник изображений: VCG

Для изучения активности Солнца Китай создаёт сеть наблюдения «Меридиан». Впрочем, новые инструменты будут также наблюдать другие объекты во Вселенной — от пульсаров до околоземных астероидов. Но главной целью для изучения будет оставаться Солнце. Удивительно, но только в 70-х годах прошлого века мы узнали о таком явлении, как коронарный выброс массы Солнца. Засечь с Земли выброс вещества Солнца обычными средствами наблюдения нельзя и, тем более, невозможно сразу определить, в каком направлении стартовала солнечная плазма.

Для околоземных объектов — спутников и космических экипажей — поток высокоэнергичных частиц солнечного ветра и коронарной массы может представлять опасность. К примеру, это уже не раз сбивало спутники Starlink с орбиты — они испытывали торможение в потоке солнечных частиц и сходили с орбиты. Наконец, от солнечной погоды зависит качество связи и управление и, в перспективе, от неё будут сильно зависеть длительные экспедиции, например, к Марсу.

Комплекс антенных решёток Daocheng Solar Radio Telescope (DSRT) в уезде Даочэн на плато в провинции Сычуань построен и сдан в эксплуатацию в конце прошлого года. До лета он проходил настройку приборов и формально введён в работу 14 июля. Массив 6-метровых антенн работает как одно большое радиозеркало диаметром 3,14 км. Все антенны согласованы по фазе, и алгоритм собирает сигналы с каждой из них в одно изображение высокого разрешения.

Главная проблема поиска внеземных радиопередач радиотелескопами на Земле — это чрезвычайное засилье помех от источников техногенного происхождения. Часто невозможно определить, откуда пришёл сигнал — из глубин Вселенной или из соседнего города. Ответить на этот вопрос поможет новая методика идентификации радиосигналов внеземного происхождения, и она уже включена в поиск инопланетных радиопередач.

Радиотелескоп Паркса. Источник изображения: CSIRO

Наверняка вы видели, как мерцают звёзды в ночном небе. По этому признаку их можно отличить от светящихся объектов в атмосфере Земли, движущихся на меньших высотах. По похожему признаку учёные решили искать инопланетные радиосигналы — они тоже должны «мерцать» или, по-научному, сцинтиллировать.

Амплитуда электромагнитного сигнала, проходя через холодную плазму в межзвёздной среде, будет то повышаться, то уменьшаться — «мерцать» с определённым периодом. Подобное поведение, например, свойственно сигналам, приходящим от пульсаров. Инопланетные радиосигналы также можно фильтровать по подобному признаку. И если «радиопередача» имеет характерные колебания по амплитуде сигнала, то она с высочайшей вероятностью пришла к нам из космоса, а не от земного источника. Фильтрацию вполне можно поручить машинному алгоритму, которые сегодня показывают чудеса анализа больших данных.

Предложенная методика способна определить внеземное происхождение радиосигнала, если он прошёл расстояние не менее 10 тыс. световых лет. Это новаторский способ в поиске внеземной жизни. До сих пор у учёных не было надёжного способа определить, внеземное происхождение имеет сигнал или это продукт нашей цивилизации. Сообщение может быть одиночным и больше никогда не повторится, а предложенный метод сходу даст ответ, стоит ли на него обращать внимание, или нет.

«Я думаю, что это одно из самых больших достижений в области радио SETI за долгое время, — сказал Эндрю Симион (Andrew Siemion), один из соавторов исследования. — Впервые мы имеем методику, которая, если у нас есть только один сигнал, потенциально может позволить нам отличить его от радиочастотных помех. Это очень удивительно, потому что если рассматривать такие сигналы, как Wow!, то они часто бывают единичными».

О предложенной технологии учёные рассказали в журнале The Astrophysical Journal. Технология проходит проверку на радиотелескопе Green Bank Telescope (GBT) в Западной Виргинии. Работы осуществляются в рамках проекта Breakthrough Listen.

Учёные из Австралии обнаружили редкого ультрахолодного коричневого карлика, излучающего радиоволны. Во Вселенной таких меньше десятка на сотню. И он оказался самым холодным за всю историю наблюдения за подобными карликовыми звёздами. На его поверхности холоднее, чем в огне обычного костра на Земле.

Солнце, маленькая обычная звезда, коричневый карлик, Юпитер, Земля. Источник изображения: University of Sydney

Звезда с каталожным номером T8 Dwarf WISE J062309.94-045624.6 находится на расстоянии около 37 световых лет от Земли. Она была открыта в 2011 году астрономами из Калифорнийского технологического института (США). Температура на её поверхности всего 425 °C, что даже ниже, чем на поверхности Венеры, и более чем в 10 раз меньше, чем на поверхности Солнца.

Коричневые карлики являются промежуточным звеном между самыми маленькими звёздами с термоядерными реакциями и газовыми планетами-гигантами, такими как Юпитер. У коричневых карликов термоядерные реакции не идут, поэтому они тусклые в видимом диапазоне и в целом излучают мало энергии. Радиус данной звезды составляет от 0,65 до 0,95 радиуса Юпитера. Её масса изучена недостаточно хорошо, но звезда массивнее Юпитера как минимум в четыре раза, но не более чем в 44 раза. Солнце, например, в 1000 раз массивнее Юпитера.

«Очень редко можно встретить ультрахолодные звёзды типа коричневого карлика, дающие радиоизлучение. Это связано с тем, что их динамика обычно не создаёт магнитных полей, генерирующих радиоизлучение, которое можно обнаружить с Земли, — сказал ведущий автор исследования, опубликованного в журнале The Astrophysical Journal Letters. — Обнаружение этого коричневого карлика, излучающего радиоволны при столь низкой температуре, является интересным открытием».

Наши знания об эволюции звёзд очевидно не полные. Уточнять их могут только открытия, которые выходят за рамки известных явлений. Открытие активного в радиодиапазоне коричневого карлика с самой низкой в истории наблюдений температурой поверхности как раз относится к таким явлениям. И оно гарантированно обогатит земную науку новыми данными, которые сделают Вселенную немного понятнее для нас.

Как выяснили учёные, работа спутников Statrlink и им подобных решений создаёт помехи для радиообсерваторий во всём мире. По данным Радиоастрономического института общества Макса Планка (MPIfR), это свидетельствует о необходимости защиты от подобных помех.

Источник изображения: Obelixlatino/pixabay.com

«Используя телескоп LOFAR нам удалось обнаружить радиоволны на частотах от 110 до 188 МГц для 47 из 68 спутников, за которыми мы наблюдали. В этот интервал входит защищённый диапазон частот в 150,05–153 МГц, выделенный под радиоастрономические наблюдения Международным телекоммуникационным союзом (ITU)», — цитирует ТАСС представителя Нидерландского института радиоастрономии (ASTRON).

Ещё в феврале 2022 года Международным астрономическим союзом (МАС) был сформирован Центр по защите неба от флотилий спутников, который и выдвинул гипотезу о том, что спутники связи будут препятствовать наблюдениям как с помощью оптических телескопов, так и в радиодиапазоне. Проверка гипотезы осуществлялась с помощью сети телескопов LOFAR, разбросанных по территории Европы.

Оказалось, что большинство спутников, за которыми велись наблюдения, «видны» в нескольких областях диапазона 110–188 МГц, выделенным ITU для астрономических наблюдений. Это может заметно сказаться на качестве наблюдений, поскольку астрономам часто приходится следить за очень слабыми сигналами из космоса.

По имеющимся данным, представители SpaceX вышли на учёных и теперь они занимаются разработкой мер, благодаря которым можно будет снизить уровень радиошума от спутников, а новые экземпляры — менее заметными не только в оптическом, но и в радиодиапазоне.

Известно, что сразу после выхода первых партий на орбиту, астрономы выяснили, что спутники мешают наблюдениям даже в оптическом диапазоне, регулярно оставляя следы при съёмке. В результате в феврале прошлого года создан подведомственный МАС Центр по защите неба от флотилий спутников для координации совместной борьбы с последствиями использования подобных технологий как в видимом, так и в радиодиапазонах. Как известно, в планах SpaceX вывод на орбиту ещё десятков тысяч спутников.

Наша галактика, как и вся Вселенная, полна вещами, о которых мы пока даже не догадываемся. Эти вещи и явления вскрываются по мере совершенствования инструментов наблюдения за космосом, что наглядно показала работа нового радиотелескопа MeerKAT в ЮАР. 200-часовый цикл наблюдения обнаружил в центре нашей галактики тысячи нитеподобных структур, о которых учёные до этого даже не подозревали.

Нажмите, чтобы увеличить. Источник изображения: Farhad Yusef-Zadeh/Northwestern University

Следует сказать, что первые нитеподобные структуры в центре Млечного Пути обнаружены более 40 лет назад. Астроном Фархад Юсеф-Заде (Farhad Yusef-Zadeh) из Северо-Западного университета в штате Иллинойс всю жизнь посвятил изучению этого явления. Первые обнаруженные нити были релятивистскими — это были разогнанные до околосветовой скорости потоки электронов. Нити длиной до 150 световых лет располагались параллельно друг другу и перпендикулярно плоскости нашей галактики, за что их прозвали «струнами арфы». Предполагается, что «струны» — это выстроенные по силовым линиям магнитного поля потоки частиц, хорошо видимые в радиодиапазоне и, скорее всего, они связаны с деятельностью сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути (Стрелец А*, Sgr A*).

Новое наблюдение с помощью радиотелескопа MeerKAT открыло нечто похожее и при этом иное — тысячи коротких нитей длиной от 5 до 10 световых лет, расположенных параллельно плоскости нашей галактики и расходящиеся радиально из её центра. Учёные потратили больше года на картирование этих объектов, с указанием точных длин и углов расхождения. Предполагается, что эти нити также являются результатом деятельности чёрной дыры Стрелец А*. Точнее, некоего события, происшедшего с дырой около 6 млн лет назад. Это могло быть одновременное падение множества вещества на чёрную дыру и, как следствие, резкий рост активности в аккреционном диске с выбросом энергии.

«Было неожиданностью внезапно обнаружить новую популяцию структур, которые, кажется, указывают в направлении чёрной дыры, — сказал Юсеф-Заде. — Я был ошеломлён, когда увидел это. Нам пришлось проделать большую работу, чтобы установить, что мы не обманываем себя. И мы обнаружили, что эти нити не случайны, а, похоже, связаны с истечением нашей чёрной дыры. Изучая их, мы могли бы узнать больше о вращении чёрной дыры и ориентации аккреционного диска. Приятно, когда находишь порядок посреди хаотического поля ядра нашей галактики».