На 10 април ще видим първия близък план на черна дупка. Тази снимка няма да бъде просто образ - тя може да разреши някои загадки за сърцевината на нашата галактика

Това, което ще видят в нея специалистите, може да е най-силният тест на теорията на Айнщайн, който тя може и да не издържи и теоретичната физика да тръгне по друг път. 

Event Horizon Telescope (EHT) - "телескоп на хоризонта на събитията", мрежа от осем радио обсерватории, обхващащи цялото земно кълбо, е насочила поглед към двама гиганти: Стрелец A*, свръхмасивната черна дупка в центъра на Млечния път и още по-масивната черна дупка на 53,5 милиона светлинни години в галактиката M87, разказва Science News.

През април 2017 г. обсерваториите се обединиха, за да наблюдават хоризонтите на събитията на черните дупки, границата, отвъд която гравитацията е толкова екстремна, че дори светлината не може да избяга.

След почти две години събиране на данни, учените се подготвят да публикуват първите снимки на 10 април, в 16:00 българско време.

Ето какво очакват учените от тези изображения.

Как изглежда една черна дупка?

Черните дупки заслужават името си: Големите гравитационни чудовища не излъчват светлина в нито една част от електромагнитния спектър, така че няма как да се видят самите черни дупки.

Но астрономите знаят, че има обекти около черната дупка. Тъй като гравитацията на черната дупка привлича газ и прах, материята се оформя в орбитален диск с атоми, които се блъскат един друг с огромни скорости. Цялата тази активност нагрява материята до бяло, така че излъчва рентгенови лъчи и друга високо енергийна радиация. Най-лакомите черни дупки във Вселената имат дискове, които засенчват всички звезди в техните галактики.

Очаква се изображението на EHT на Стрелец А * на Млечния път, наричан още SgrA * (Sagittarius A*), да обхване сянката на черната дупка върху придружаващия я диск от ярко излъчваща материя. Компютърните симулации и законите на гравитационната физика дават на астрономите доста добра представа какво да очакват. Поради интензивната гравитация в близост до черната дупка, светлината на диска ще бъде изкривена около хоризонта на събитията в пръстен, така че дори материалът зад черната дупка ще бъде видим.

И изображението вероятно ще изглежда асиметрично: Гравитацията ще огъне светлината от вътрешната част на диска откъм Земята по-силно от външната част, правейки едната страна да изглежда по-ярка в крив пръстен.

_{Симулация на черна дупка от статията на Торн и екипа му за CG техники, използвани за разработването на Гаргантюа. (James et al./Classical and Quantum Gravity)}

В сила ли е Общата теория на относителността близо до черна дупка?

Точната форма на пръстена може да помогне да се разреши една от най-разочароващите безизходици в теоретичната физика.

Двата стълба на физиката са теорията на Айнщайн - Общата теория на относителността, която управлява масивните и гравитационно мощни обекти (като черните дупки) и квантовата механика, която управлява странния свят на субатомните частици. Всяка работи прецизно в собствената си област. Но не могат да работят заедно.

"Общата теория на относителността е толкова точна, колкото е и квантовата механика, но са  несъвместими помежду си", подчертава физикът Лиа Медеирос (Lia Medeiros) от Университета на Аризона в Тусон. ”Някоя от тях трябва да поддаде”. Ако Общата теория на относителността се изкриви на границата на черната дупка, това може да посочи пътя напред за теоретиците.

Тъй като черните дупки са най-екстремните гравитационни среди във Вселената, те са най-добрата среда за тестване на теориите за гравитацията. Ако Общата теория на относителността издържи, учените очакват черната дупка да има определена сянка и следователно форма на пръстена, ако теорията на гравитацията на Айнщайн се разпадне, ще се покаже друга, различна сянка.

Медеирос и нейните колеги проведоха компютърни симулации на 12 000 различни сенки на черна дупка, които да се различават от предсказанията на Айнщайн. "Ако се получи нещо различно, [алтернативните теории за гравитацията] печелят", коментира Медеирос, която представи резултатите от симулациите през януари в Сиатъл на срещата на Американското астрономическо общество. Дори леките отклонения от Общата теория на относителността биха могли да създадат достатъчно различни сенки за изследвания на EHT, позволявайки на астрономите количествено да определят колко се различават от това, което виждат, спрямо това, което очакват.

Дали има пулсари в близост до черната дупка на Млечния път?

Друг начин да се провери Общата теория на относителността около черните дупки е да се види как звездите се държат около тях. Когато светлината се отскубва от екстремната гравитация в околностите на черната дупка, нейните вълни се разтеглят, правейки светлината по-червена. Този процес, наречен гравитационно червено отместване, се предсказва от Общата теория на относителността и бе наблюдавано близо до SgrA * миналата година. До тук всичко е наред с теорията на Айнщайн.

Още по-добър начин за провеждане на същия тест би бил пулсарът, бързо въртящ се звезден труп, който обхожда небето със сноп радиация в непроменящ се ритъм, който създава „пулса” му. Гравитационното червено отместване ще обърка метрономното темпо на пулсарите, което потенциално дава далеч по-прецизен тест за Общата теория на относителността.

„Мечтата за повечето хора, които се опитват да изучават SgrA *, е да намерят пулсар или пулсари, обикалящи около черна дупка”, разказва астрономът Скот Рансъм (Scott Ransom) от Националната радиоастрономическа обсерватория в Шарлотсвил, Вирджиния.

Въпреки внимателните проучвания, все още не са открити пулсари, които да са достатъчно близо до SgrA *, отчасти защото облакът газ и прах в галактическия център разпръскват техните лъчи и ги правят трудно забележими. Но EHT предоставя най-добрият поглед към галактическия център в дължините на радиовълните, така че Рансъм и колегите му се надяват, че ще успеят да забележат някои пулсари.

"Това е риболовна експедиция, а шансовете за огромен улов са наистина малки", коментира Ренсъм. „Но ако успеем, си заслужава”.

^{Пулсарът PSR J1745-2900 (на тази илюстрация) е открит през 2013 г., обикаля на около 150 светлинни години от черната дупка в центъра на галактиката. Това е твърде далеч, за да го използваме за точни тестове на Общата теория на относителността, но астрономите се надяват, че съществуването на пулсара означава, че Event Horizon Telescope ще намери много повече още по-близо до черната дупка. Кредит: Ralph Eatough / MPIFR}