Ученым все таки удалось сфотографировать коронавирус

Ученым впервые удалось увидеть черную дыру. Что это даст человечеству?

В последние десятилетия ученые не сомневались в существовании черных дыр, хотя сама природа этих объектов препятствует непосредственному их наблюдению. Исследователи применяли косвенные методы, в том числе наблюдение за объектами, которые вращаются вокруг пустых областей космоса, или измерение массы и размеров объектов, являющихся источниками интенсивного излучения. Но разглядеть черноту горизонта событий на ярком фоне звезд и газа до сих пор не удавалось никому.

Event Horizon Telescope — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам. Несмотря на то что они работают как один огромный телескоп диаметром 10 тысяч километров, такая система по количеству получаемой информации все-таки значительно уступает воображаемому радиотелескопу с тарелкой аналогичного размера. Это ограничение удается немного преодолеть из-за вращения Земли вокруг своей оси, благодаря чему можно собрать еще немного радиоволн. Основная проблема в том, что итоговое изображение будет все равно сильно зашумленным. Алгоритм Кэти Боуман позволяет убрать шумы и построить приемлемую картину.

Допустим, мы запускаем симуляцию, в которой генерируется черная дыра в соответствии с предсказаниями теории относительности Эйнштейна, после чего экзотический объект помещается в центр Млечного Пути. В результате моделируются данные, которые в этом случае должен получить Event Horizon Telescope. Если бы черная дыра на самом деле выглядела иначе (или ее вообще не было), данные телескопов были бы совершенно другими и алгоритм Боуман мог бы получить совершенно другие изображения.

Алгоритм, в свою очередь, подобен сборщику пазла. Он анализирует скудные данные, полученные телескопами, и выстраивает на их основе общую картинку, используя фрагменты тысяч введенных в него изображений космических и даже земных объектов. Если из различных наборов изображений получается именно изображение черной дыры (которую мы симулировали), то ученые могут быть уверены, что алгоритм работает правильно.

То есть в какой-то степени реконструированная фотография черной дыры является коллажем из фрагментов различных снимков, даже повседневных. Если бы алгоритм был плохим, результат сильно бы зависел от набора введенных изображений, и вместо черной дыры исследователи получили бы, например, фотографию со свадебной церемонии.

Полученное изображение сверхмассивной черной дыры в галактике М87 соответствует предсказаниям теории относительности Эйнштейна, позволяющей определить массу и диаметр этого экзотического объекта. Размером она превосходит Солнечную систему и достигает 40 миллиардов километров. Кроме того, она содержит массу 6,5 миллиарда Солнц. Однако самое примечательное в той фотографии, ради чего она и была сделана, это темный круг в центре раскрашенного в условные цвета ореола. Это тень черной дыры, которая соответствует горизонту событий.

В будущем астрономы получат еще больше инструментов, которые войдут в сеть Event Horizon Telescope. Так, национальная обсерватория Китт-Пик в штате Аризона (США) и миллиметровая решетка NOEMA во французских Альпах присоединятся к проекту в 2020 году. Это позволит лучше рассмотреть процессы, протекающие в непосредственной близости к черной дыре. К ним относится релятивистская струя, которая выбрасывается из ядра М87 и простирается на пять тысяч световых лет. А использование электромагнитного излучения чуть большей частоты должно несколько повысить четкость новых фотографий.

К сожалению, Россия остается на обочине и не участвует в проекте. По словам Вячеслава Докучаева, ведущего научного сотрудника Института ядерных исследований РАН, у страны нет радиотелескопа миллиметрового диапазона, который можно было бы сделать частью Event Horizon Telescope.

10 апреля информационные агентства разместили главную научную новость дня: "Астрофизики проекта "Телескоп горизонта событий" впервые в истории показали изображение черной дыры, которая ранее считалась гипотетическим объектом". На фотографии, иллюстрирующей сообщение, мы видим размытое, не очень ровное желто-красное кольцо с темным центром. И все же это одна из главных вех земной астрофизики. Почему?

Фото: ТАСС/Jin Liwang/imago images/Xinhua

1. На самом деле, мы до сегодняшнего дня вообще не знали, существуют ли черные дыры. Фантастические фильмы и книги, статьи астрофизиков и многие другие источники столько раз повторяли словосочетание "черная дыра", что мы привыкли воспринимать это явление как данность. Но в действительности все представления человечества о таких объектах были чисто теоретическими. Никто и никогда их не видел. И вот сегодня чудо свершилось: ученые оказались правы, черные дыры существуют – вот вам доказательство.

2. Едва ли не самый главный парадокс: мы получили изображение объекта, который вообще невозможно увидеть, а тем более сфотографировать. Черная дыра – это объект с чудовищной массой и плотностью, что позволяет ему обладать невероятно огромной гравитацией. Сила притяжения черной дыры настолько велика, что даже свет не способен ее преодолеть. Однако на некотором расстоянии от нее излучение все-таки может победить гравитацию – и вот эта воображаемая граница, эта точка невозврата и называется горизонтом событий. Вокруг идеально круглой черной дыры видны гигантские облака газа, разогретые до невероятных температур. Они светятся так ярко, что затмевают несколько миллиардов соседних звезд. То, что зафиксировали радиотелескопы, – свечение этого газа, электромагнитные волны, оторвавшиеся от горизонта событий.

3. Расстояние, на котором расположен объект съемки, – 50 миллионов световых лет. Это очень далеко. Это невероятно далеко. Это просто непостижимо далеко. То, что запечатлено на снимке, по размерам больше, чем вся наша солнечная система, а масса черной дыры больше солнечной в шесть с половиной миллиардов раз. Это одна из самых массивных черных дыр, какие вообще могут существовать в нашей Вселенной. Все это с невероятным трудом поддается осмыслению, однако мы все-таки смогли это сфотографировать.

4. Еще один парадокс: чтобы получить это изображение, понадобился огромный телескоп, которого у человечества просто нет. Зато есть много не таких больших, работу которых было решено скоординировать для выполнения этой задачи. Пришлось объединить обсерватории в Чили, Испании, Калифорнии, в Аризоне, на Гавайских островах и даже на Южном полюсе, чтобы в результате получить виртуальную "тарелку" размером с планету Земля. Только так всему кластеру хватило чувствительности для наблюдения за абсолютно черным объектом.

Фото: ТАСС/FRANCK ROBICHON/EPA

5. На самом деле то, что мы видим, – это не фотография. Это компьютерное изображение, полученное из огромного количества самых разнообразных данных, сложенных вместе. Обсерватории поставляли по 350 терабайт данных ежедневно, наблюдения проводились в течение недели, и в результате на обработку всей информации ушло два года напряженной работы. Информации собрали так много, что было невозможно передать ее через интернет. В результате в аналитические центры в Бостоне и Бонне сотни жестких дисков свозили самолетами. Самые внимательные читатели уже подсчитали: весь проект был осуществлен еще два года назад, в 2017 году, и только сегодня компьютеры смогли сложить из разрозненных фрагментов одно изображение.

Черная дыра, изображение которой астрофизики предъявили миру, находится в созвездии Девы, в центре галактики Messier 87. Согласно существующей теории, черные дыры находятся в центре абсолютно всех галактик, в том числе и той, в которой находится наша планетная система. До центра нашей родной галактики Млечный Путь всего-навсего 26 тысяч световых лет. Вам не кажется странным, что астрономы выбрали для наблюдения черную дыру за 500 квинтиллионов километров, в то время как буквально под боком есть собственная? На самом деле, ничего странного тут нет. Во-первых, наша дыра гораздо меньше. Во-вторых, излучение от нее тоже слабее. И в-третьих, из-за расположения за ней очень сложно наблюдать: на пути к ней в пространстве висят триллионы звезд, циклопические облака газа и пыли, невероятное количество астероидов, комет и прочего мусора. Но все-таки астрофизики не теряют надежды и не оставляют попыток рассмотреть нашего персонального монстра. Можно быть уверенным: рано или поздно у них это обязательно получится.

• 
  

Вспышка необычной вирусной пневмонии началась в Китае в конце декабря. Количество заболевших с каждым днём становится больше. Структуру штамма 2019-nCoV удалось сфотографировать с помощью электронного микроскопа. Теперь его изучат лучше. На фото видны два тела с ярко выраженным контуром. Именно из-за ворсинок на оболочке, которые по форме напоминают солнечную корону во время затмения, коронавирусы и получили свое название.

Что важно знать о новом вирусе TV BRICS рассказал Феликс Ершов, профессор, главный научный сотрудник НИЦ эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи, академик РАН, Человек, посвятивший изучению вирусов всю жизнь.

Феликс Иванович является создателем индукторов интерферонов, которые легли в основу создания ряда новых отечественных профилактических и лечебных препаратов, включающих систему врожденного иммунитета. В их числе кагоцел, ридостин, амиксин, циклоферон, мегасин, ларифан и ряд других, применяющихся при вирусных гепатитах, герпетических поражениях, энцефалитах, гриппе, ОРЗ.

Феликс Иванович, спасибо за возможность побеседовать с Вами. Расскажите, что на сегодняшний день известно о коронавирусе 2019-nCoV? Насколько его появление можно назвать непредсказуемым и новым?

Надо отдать должное китайцам, что они не скрывают информацию. Я по несколько раз в день сейчас беседую на эту тему. И могу начать с того, что подобное уже было в XXI веке: в 2002 году была вспышка коронавируса SARS. Там имелись основания для паники: 37 стран имели эти случаи, и смертность была очень высокая. Сейчас же пока говорить рано о том, что будет, и как пойдет вирус. По крайней мере, делается все, что можно, и я это вижу, в Китае и у нас, естественно. Вообще, мы готовы к тому, что вирусы никуда не делись. Большая часть информации о вирусе уже есть, даже в открытых источниках.

Коронавирус уже обнаружили в Таиланде, Южной Корее, США, Японии.

Инфекция начала циркулировать, вирус малоизвестен, есть смертельные случаи. Поэтому опасения, конечно, оправданы. Насколько опасен - пока сложно сказать точно.

Дело в том, что это новый штамм – мутант, степень опасности покажет время, но самое важное то, что мы уже готовы, ведь подобные вспышки были еще в Африке: Эбола, Зика, которая чуть не сорвала Олимпийские игры, если Вы помните.

Вирусы каждый год преподносят нам сюрпризы, и мы, вирусологи, это прекрасно знаем. Основная задача - как это остановить, предупредить, это основная цель. И это задача уже не научная, а социальная: контроль в аэропортах и другие меры, все это уже делается, на самом деле.

Вообще, по степени опасности эта инфекция мне очень напоминает грипп именно из-за своей изменчивости. Каждый год мы имеем эпидемию гриппа, раз в 10 лет пандемию по всему миру, и все это мы тоже уже проходили.

Можно ли обнаружить это заболевание на ранней стадии? И как его все-таки отличить от гриппа? Есть ли у него какие-то специфические симптомы?

К сожалению, респираторные инфекции очень похожи. Проблема в том, что только опытный врач может их различить по симптоматике. Общее у них: температура, токсикоз, апатия, вялость. И то же самое при гриппе. В случае с коронавирусом кончается все пневмонией. Особенность в том, что при гриппе пневмония может быть сливная, а вот здесь, при коронавирусе, атипичная пневмония, корневая. Тут только очень опытные врачи могут различить. Респираторных инфекций несколько сотен. И картины клинические похожие.

Сообщают, что первые заболевшие приобрели вирусы от животных.

Коронавирусы открыты в прошлом веке, и их тогда не считали очень опасными. Ну, вот в процессе революции, в процессе мутации появились штаммы. А если верить тому, что говорят китайские вирусологи, там образовался гибрид летучей мыши со змеей, и именно этот штамм заразил тех людей, которые контактировали на рынке с этими животными.

Сейчас ВОЗ это разбирает на уровне мировой проблематики и думает, как создать защитную вакцину, пытается понять, какие препараты из известных могут и будут работать против вируса.

А можно ли спрогнозировать появление последующих вирусов?

В данном случае разве можно было предугадать, что змея проглотит зараженную летучую мышь, и появится впоследствии заразный для человека штамм? Похожее было и с геморрагическими лихорадками. Как это предугадаешь?

Все это болезни эндемические - они привязаны, локализованы к определённому месту (прим. ред. эндемическое – это заболевание, характерное для определённой местности). И там они циркулируют среди населения, в результате население как бы искусственно иммунизируется, создается равновесие между человеком и вирусом - всё это естественным образом приводит к тому, что население защищено, но только до тех пор, пока не появляется штамм, который вырывается на свободу. Поэтому предугадать очень сложно. В этом как раз проблема.

Сообщается, что вирус распространяется исключительно воздушно-капельным путем и проявляется в виде лихорадки и проблем с дыханием.

Вообще, респираторные инфекции вызывают около 500 разных вирусов. На первом месте - грипп, затем знаменитые аденовирусы, риновирусы и т.д., их очень много.

В основном они как раз опасны для детей. Взрослые болеют респираторными меньше, но если болеют, то гораздо серьезнее.

И тут много интересных таких наблюдений. В данном случае о детской заболеваемости этим коронавирусом никакой информации нет. Пока говорят о только взрослых, и каждый день сообщается о новых случаях, новых странах, где он зарегистрирован.

С какими сложностями могут столкнуться ученые-вирусологи сейчас и в дальнейшем?

Здесь много вопросов возникает и для науки, и для здравоохранения, предстоит многое исследовать, и на это уйдет время. Даже грипп, с которым мы имеем уже 100-летний опыт, по-прежнему остается эпидемией, вирусом номер 1.

Вирусы нужно продолжать изучать. Это серьезная большая проблема, и коронавирус - это не последняя проблема. Мы регулярно, подчеркиваю, проходим через большую вспышку вирусных инфекций.

Напоминаю, в прошлом веке была вспышка аденовируса в Америке 17-го типа. Пару лет назад была, например, вспышка Зика и так далее. Все это есть, все это будет, и всегда нужно быть готовыми к этому.

Самое сложное, это вообще сказать, чем заболевание страшно миру. Это обычная вспышка, которая привязана к месту или же что-то еще. В свое время также непонятно было и с холерой. Просто пока нет достаточной информации, точнее сказать, нет опыта, чтобы что-то предсказывать.

Как людям можно защитить себя?

Не надо бояться, не надо паниковать. Нужно очень продуманно и очень последовательно работать. В данном случае я должен отдать должное китайцам, которые на хорошем уровне сейчас работу проводят и принимают соответствующие меры. В смысле защиты и изоляции города Ухань, округов всей провинции делают все четко, введен также контроль в аэропортах.

Как минимум, всем, кто прилетает, меряют температуру, чтобы уже по первичным симптомам выявить потенциально зараженных вирусом. Делается то, что возможно сейчас. Я уже говорил, что имеется опыт работы с такими вспышками.

Сам факт заражения человека от этих змей и мышей еще не говорит, что инфекция может, как пожар, пойти. Вы помните, был такой птичий вирус, около 10 лет назад - все были готовы к тому, что разразится жуткая пандемия, а этого не произошло. Вирус так и остался в Китае, они справились. Дальше не пошло. Инфекция не прижилась в человеческой популяции. Вирус не адаптировался, чтобы стать заразным для всех.

Как миграция влияет на распространение вирусов?

В XXI веке многое что изменилось: и развитие цивилизации, и уровень жизни, социальные условия уже другие, но не забывайте и про народонаселение и миграции из малоразвитых стран. Нужно, конечно, учитывать все особенности современной действительности. В том числе и то, что мы сейчас имеем в Европе: в Германии, во Франции, например. Мигранты, приезжие, которые на заработках. Они приезжают на работу, но не любят прививаться. Все это провоцирует серьезные проблем и создает опасность. Это уже проблемы социального и в определенном смысле экологического плана.

А получаемые посылки могут быть опасны?

А может ли быть вирус искусственно модифицированным?

Но речь в таком случае будет идти о бактериологической войне. Такая война страшнее, чем все эти атомные и водородные бомбы, если дать этому ход. Вирус полиомиелита воспроизвели с нуля, просто строится карта генома. Это реально. Но, с другой стороны, так же можно и вакцину сделать - против любого вируса!

К сожалению, человечество своей деятельностью многое перевернуло, и благо часто обращается во зло. То, что вирусы были открыты – это благо, а то, что их можно воспроизвести и использовать – это зло. Но я не думаю, что коронавирус – это тот вирус, на который можно делать ставку в такой возможной бактериологической войне, есть вирусы пострашнее.

А рано говорить о создании вакцины против малоизвестного нового коронавируса, или разработки уже ведутся?

Да, тест-системы и диагностики, конечно, есть, ведутся. Китайские ученые уже выделили геном, ранее выделили около 300 штаммов. Сравнили все геномы. Они быстро продвигаются в исследованиях.

Это делают только китайские ученые-вирусологи?

Да, китайцы. Но и в России тоже возможно это сделать, если бы была необходимость. Это можно сделать в любой развитой стране. В Китае вирусология очень хорошая, они же учились у нас и в США. Я помню наших китайских аспирантов, потом, отучившись в России, они стали докторами наук. Они все это знают и умеют. Им нужно отдать должное - взяли все самое лучшее - знания, и теперь их применяют.

А может ли быть, что количество зараженных новым коронавирусом людей, но пока не обнаруженных, больше, чем известно сейчас?

Отвечая на этот вопрос, надо знать вот что: не все вирусы, тем более новые, так быстро адаптируются к человеку, что становятся заразными для всех. Они - локальные и привязаны к месту, поэтому я все-таки надеюсь, что для нас это не страшно.

Такая вакцина нужна, но применять ее можно будет только локально. Не всем, а только в местах вспышек. Прививать всех подряд – это вредно. Нужно это делать только локально - там, где есть угроза, и были случаи заражения. По такому же принципу, как с клещевым энцефалитом - там, где были случаи, также и с бешенством. Считайте, там много проблем.

Что все-таки нужно знать и делать, как вести себя, если все-таки обнаружили признаки инфекции?

Рекомендации здесь очень простые. Нужно соблюдать все те же меры и следовать тем же правилам, что и при гриппе. Надо больного изолировать, не допускать, чтобы он ходил на работу, не должно быть контакта даже с семьёй. Обязательно обильное питье, и нужно препараты принимать, прописанные в вашем случае.

Но помнить: если это вирусное, то не спешите сбивать температуру. Такие простые все рекомендации. Здоровый образ жизни – все-таки основная рекомендация, не ослаблять себя курением и алкоголем.

Трудно поверить, но первые расчеты, показавшие существование в космосе тяжелых невидимых объектов, сделал английский естествоиспытатель Джон Мичелл в 1783 году. Уже тогда человечеству было известно, что такое вторая космическая скорость: ее нужно достичь, чтобы полностью оторваться от какого-нибудь тела и улететь в космос. Величина второй космической скорости зависит от отношения массы и размера тела и, например, для Земли равна всего 11,2 км/сек. А еще именно тогда ученые убедились в конечности скорости света и определили ее величину (около 300 тыс. км/сек.) благодаря тому, что Джеймс Брэдли открыл явление аберрации.

Мичелл первым задумался: могут ли существовать звезды, вторая космическая скорость у которых выше скорости света? И рассчитал параметры такого тела: при той же плотности, что и у Солнца, его радиус будет превышать солнечный в 500 раз! Тогда вторая космическая превысит скорость света, и тело станет полностью невидимым для наблюдателя, ибо свет просто не сможет выйти с его поверхности. Мичелл даже предположил, что в космосе может существовать множество подобных невидимых тел, то есть предвидел черные дыры!

Но этим идеям не удалось завоевать умы. Только после работ Альберта Эйнштейна в 1905 году стало понятно, что скорость света — предел для любых физических тел, а значит, действительно черные дыры — единственные объекты в природе, у которых вторая космическая скорость превышает скорость света.

Но и Шварцшильд, и даже Эйнштейн считали черные дыры математической абстракцией, не надеялись обнаружить их во Вселенной.

А предсказание ОТО относительно черных дыр более чем подтвердилось.

Черная дыра — область пространства-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть ее не могут даже объекты, двигающиеся со скоростью света, в том числе и сам свет. То есть она не объект, не вещество, не излучение, а скорее сильно искривленное пространство с сильным гравитационным полем — следствием искривления. Граница этой области называется горизонтом событий, а ее размер — гравитационным радиусом.

Представить себе горизонт событий несложно. Допустим, некто падает в черную дыру и одновременно ведет прямую трансляцию в YouTube. Пока некто остается снаружи горизонта событий, зрители его видят: электромагнитный сигнал может уйти на любое расстояние. Но в момент пересечения горизонта сигнал обязательно прервется — у него не хватит скорости выйти из-под горизонта.

Гравитационный радиус — тот размер, сжавшись до которого, обычный объект непременно станет черной дырой. Скажем, для Земли он составляет около 1 см, а для Солнца — всего 6 км. Представьте себе чудовищную плотность такого объекта!

Еще у черной дыры есть эргосфера, фотонная сфера и другие экзотические элементы. Зато нет ни цвета, ни состава.

Единственный прямой способ отличить черную дыру от другого объекта — определить ее радиус и сравнить с гравитационным радиусом для данной массы. Если радиус тела значительно больше гравитационного — это не черная дыра.

До недавнего времени разрешающая способность телескопов была слишком мала, чтобы различать столь мелкие объекты. Возьмем ближайшую к нам звезду, Солнце: его гравитационный радиус равен 3 км, с расстояния 150 млн км он выглядят как тысячные доли угловой секунды, то есть недоступен даже знаменитому космическому телескопу имени Хаббла. Что говорить про более далекие черные дыры!

Астрономы придумали массу косвенных методов проверки на черную дыру. Например, из третьего закона Кеплера известно о связи между периодами и размерами орбиты вращающихся тел с определенными массами. В центре нашей Галактики мы видим, как звезды и газ вращаются вокруг невидимого объекта. Его относительная близость, всего 26 тыс. световых лет, позволяет точно измерять параметры орбит вращающихся там звезд, что дает довольно точную оценку массы этого скрытого гиганта: 4 млн Солнц. Шила в мешке не утаишь, а звездное скопление такой огромной массы тем более было бы легко наблюдаемо. Но нет! Мы видим в этом месте лишь слабо светящееся крохотное пятнышко.

В центрах других галактик мы тоже наблюдаем вращение звезд и огромных облаков газа вокруг малюсенького центра. Вот только звезды на больших дистанциях уже неразличимы, информацию приходится черпать из спектральных наблюдений ядер галактик. Спектры показывают быстрое движение газа, которое говорит о скрытых массах в десятки и сотни миллионов солнечных масс! А наблюдения в ультрафиолете и в рентгеновских диапазонах выявляют быструю переменность блеска, что говорит о настолько малых размерах излучающей области, что миллионы Солнц в нее либо не поместятся, либо будут двигаться по неустойчивым орбитам, сталкиваясь и разлетаясь. Да и сам по себе спектр очень непохож на звездный — с быстрой переменностью блеска, мощным излучением в рентгене и гораздо более высокими температурами. А если еще учесть, что у некоторых из таких ядер галактик энерговыделение на много порядков больше, чем должны давать просто звезды аналогичной массы, то понятно, что нам следует поискать более экзотический источник этой энергии.

И тут скептики могут предпринять последний шанс спастись от черных дыр: нейтронные звезды! Эти удивительные объекты, как и черные дыры, были предсказаны задолго до их физического открытия, но ученые справедливо полагали, что увидеть их в оптический телескоп не удастся много лет.

Последним доказательством стала регистрация гравитационных волн. Первые свидетельства их существования появились еще в 1974 году при исследовании двойных радиопульсаров (нейтронных звезд, излучающих периодические радиоимпульсы). Выявленное уменьшение периода их обращения, связанное с потерей энергии на искривление пространства, было непрямым, но надежным указанием на излучение гравитационных волн — и Нобелевскую премию 1993 года.

Почувствовать гравитационную волну впервые получилось 14 сентября 2015 года у гравитационно-волнового телескопа LIGO. С тех пор детектировано больше десятка гравитационно-волновых событий, и все, кроме одного, объясняются только сталкивающимися черными дырами.

Невидимка в зеркале

Но последний шаг еще не был сделан. Самое главное — изображение черной дыры — оставалось за пределами возможностей человека.

Важность снимка трудно переоценить. Те же гравитационные волны, сильнейшее доказательство существования черных дыр для ученых, мало что значат для широкой публики: они не фотография, а графики. На фотографии все очевидно: вот черный провал — это и есть черная дыра.

Но получить такой снимок непросто, ведь черные дыры — черные! Да еще и очень мелкие, даже самые крупные из них имеют угловой размер в миллионы раз меньше того, что способен разглядеть обычный телескоп: если точно, то это миллионные доли угловой секунды дуги. Задача по сложности сравнима с попыткой разглядеть с Земли яблоко на поверхности Луны.

Решение напрашивается: нужно большое увеличение! Хорошо, а насколько большое? Невооруженным глазом обычный человек может отличить точку с расстояния 30-40 м, а до Луны в среднем 384 тыс. км. Значит, увеличение требуется примерно в 10 млн раз. А максимальное увеличение телескопа — два диаметра объектива в миллиметрах, то есть нужно 5 млн мм, или 5 тыс. км. Но нужно разглядеть еще и какие-то детали, так что лучше взять сразу 10 тыс. км. Это уже сравнимо с диаметром Земли!

Как сделать столь огромное зеркало? Даже если пытаться соорудить десятиметровое зеркало, придется учесть гнутие точной поверхности под действием собственного веса, особенно при поворотах телескопа. Что-то похожее чувствуют киты, когда оказываются на берегу. Выход есть: делать не цельное толстое зеркало, а составленное из отдельных тонких сегментов. Зеркало становится легким, перестает гнуться, остается лишь научиться управлять сегментами, идеально подгоняя их друг к дружке, чтобы составить прецизионную поверхность.

Может, построить много отдельных зеркал по всей планете и объединить в систему? Такая технология называется интерферометр, и в межконтинентальном виде ее удалось создать только в радиодиапазоне.

В миллиметровом диапазоне электроны влияют не так сильно и картинку получить реально. Так родилась идея телескопа горизонта событий — большого количества антенн, работающих на длине волны 1,3 мм с максимальной дистанцией между ними около 10 тыс. км.

Остается свести воедино сигналы со всех приемников. Сделать это крайне трудно: мешают погодные условия, турбулентность атмосферы, малейшие искривления формы зеркал, технические неисправности, помехи и многое-многое другое. К тому же данных, требующихся для получения изображения, нужно гигантское количество: не гигабайты, не терабайты, а полноценные петабайты!

Именно поэтому получить картинку черной дыры стало возможным лишь в XXI веке — с появлением суперкомпьютеров, развитием математических методов обработки информации и созданием высоких технологий, без которых немыслима работа современного телескопа.

Вот она, черная дыра

Французский исследователь Шарль Мессье, впервые заметивший в 1781 году в скромный 100-миллиметровый телескоп в созвездии Девы едва видимое туманное пятнышко, и не подозревал, какие потрясающие открытия таятся в нем.

Гипотеза, что загадочный луч порожден черной дырой, возникла еще в ХХ веке. Подтвердить ее существование и точно взвесить дыру ученые смогли лишь в начале ХХI века. И она оказалась невероятной! Шесть с половиной миллиардов солнечных масс! Надо отметить, она под стать своей родной Галактике, масса которой в несколько раз превосходит Млечный Путь (Галактика, где находится Земля).

Именно такая, близкая к рекордной, масса черной дыры и позволила ей стать главной целью телескопа горизонта событий. Секрет в том, что у черных дыр масса и размер горизонта событий связаны линейно, то есть чем массивнее дыра, тем проще ее разглядеть. Плюс расстояние до нее по космическим меркам небольшое (всего 53 миллиона световых лет), поэтому угловой размер горизонта событий этой дыры гораздо больше всех остальных и сравним только с черной дырой в центре нашей Галактики.

На первом снимке, полученном телескопом горизонта событий, виден прежде всего аккреционный диск в виде широкого светлого кольца. Внешняя граница его нечеткая, поскольку диск простирается далеко за пределы снимка, постепенно снижая свою яркость. Зато внутренняя граница резкая, поскольку там пролегает последняя устойчивая орбита для вращающегося вокруг черной дыры вещества. Подойдя еще ближе, материя падает в черную дыру по крутой спирали настолько быстро, что эта область остается темной. Единственный свет, который еще может оттуда выходить, это так называемая фотонная сфера, то есть сравнительно тонкое и слабое кольцо, в котором пролетающие мимо фотоны захватываются на круговые орбиты гравитацией черной дыры. Получается, что черный провал внутри яркого кольца на фото — это не только сама черная дыра, а еще и довольно большая, почти несветящаяся область вокруг нее.

Помимо черной дыры в М87, телескоп горизонта событий провел в апреле 2017 года наблюдение за центральной черной дырой Млечного Пути — ближайшей из всех известных сверхмассивных черных дыр. Аккреционный диск вокруг нее слабее, то есть увидеть ее будет сложно, но это может компенсироваться чуть большим угловым размером, чем у объекта в М87. Обработка данных продолжается.

Подключение новых наземных телескопов и усовершенствование оборудования и методов обработки приведут к тому, что изображения станут более четкими, появятся новые детали, возможно, совершенно неожиданные. Через десятилетия станет возможным вести регулярные наблюдения за несколькими сверхмассивными черными дырами и даже мониторинг некоторых из них. Видео с движением разогретого до миллионов градусов газа в гравитационных ловушках черных дыр станет таким же обычным делом, как видео вспышек на Солнце.

Астрофизики считают достижение телескопа горизонта событий достойным Нобелевской премии. У человечества появился инструмент, позволяющий добывать ценнейшие данные: независимо оценивать массы сверхмассивных черных дыр, а значит, и калибровать косвенные методы оценки масс, напрямую исследовать динамику вещества в аккреционных дисках, оценивать энерговыделение и размеры дисков, наблюдать за движением неоднородностей в них и обнаруживать изменение яркости, проверять результаты теорий и расчеты гравитационного линзирования вблизи черных дыр, а бонусом — в тысячный раз подтверждать теорию относительности.

Для широкой публики нашумевший снимок прежде всего наглядное подтверждение самого существования черных дыр. Хотя профессионалы уверены в этом уже давно, но финансирование фундаментальной науки в конечном счете обеспечивается обществом, поэтому наглядная демонстрация результата имеет колоссальное значение.

Сергей Назаров, научный сотрудник Крымской астрофизической обсерватории