Чтобы увидеть черные дыры, нужно астрономическое терпение

Черная дыра (в центре гало), «захватившая» звезду. Образовавшийся аккреционный диск разогрет до миллионов градусов, что приводит к рентгеновскому излучению. Его-то и улавливает телескоп «Чандра». Иллюстрация Physorg

Эксперта по компьютерному составлению изображений, 33-летнюю сотрудницу Калифорнийского технологического института в Лос-Анджелесе Кэти Боумэн, пригласили в мае 2022 года в Вашингтон. Там она по просьбе конгрессменов рассказала о двух достижениях большой международной команды, в работе которой приняла самое деятельное участие. Речь идет о первом изображении черной дыры (ЧД) М87 в 2019 году, а также о более четком и ценном для астрофизики фото ЧД центре Млечного Пути – в созвездии Стрельца (Sgr A).

Обе картинки, вернее – связанные с ними данные, были получены еще в 2016-м. Но М87 меньше по размерам и ближе к Земле, поэтому Европейская Южная обсерватория, что в пустыне Атакама на севере Чили, представила миру Стрельца лишь 12 мая 2022 года. Черные дыры по определению не «светят». Но, согласно эйнштейновской общей теории относительности, искривляют вокруг себя пространство-время. Это и позволило построить компьютерное изображение дыры в сердце нашей галактики. Причину задержки Боумэн и объясняла членам Палаты представителей.

Кстати, еще в мае 2018-го было высказано мнение о том, что в центре нашей галактики может насчитываться до 20 тыс. черных дыр массой от 5 до 30 солнечных. Их «заметил» рентгеновский телескоп «Чандра»… Намного менее известны другие, не менее драматичные и многолетние усилия самых разных ученых, пытающихся увидеть невидимое по определению.

Во времена бурного строительства железных дорог в толще гор к северо-западу от Рима был пробит туннель Гран-Сассо, который со временем был заброшен в связи с проходкой нового и более широкого. Заброшенный туннель облюбовали ученые астрофизики, увидевшие в нем возможность избавления от паразитического шума космических излучений, которые не могут «пробить» каменную толщу.

Аналогичную задачу в свое время решали физики, пытаясь поймать неуловимые нейтрино. Ученые тоже располагали свои чувствительные детекторы под землей в заброшенных шахтах и даже под водой. Частицы были открыты, выявлены причины их конвертации одних в другие, за что были присуждены две Нобелевские премии. А предсказали их существование теоретики, среди которых был швейцарец Вольфганг Паули. Друг будущего нобелевского лауреата и сам лауреат Энрико Ферми, занимавшийся нейтронами, предложил Паули назвать частицу нейтрино (по аналогии с бамбино).

Захват двух электронов (показаны синим цветом) ядром атома ксенона (справа) и испускание двух нейтрино.  Схема Physorg

Есть детектор с красивым названием ANAIS (Annual modulation with NaI Scintilators) и под испанскими Пиренеями. В нем 106 кг кристаллов йодистого натрия распределены по девяти цилиндрам, уложенным в три слоя по три в каждом. Annual означает «годовой», так как наблюдения редчайших событий осуществляются в течение уже нескольких лет. Журнал Nature выступил с обзором «Известный ТМ-сигнал может свидетельствовать об ошибке в анализе данных». Вместе с тем этот же журнал писал три года назад, что с помощью ТМ-детектора в Гран-Сассо удалось обнаружить экзотический распад, получивший название «двойной захват электронов с двумя нейтрино».

Ученые отталкивались от йода-124, который мутирует в теллур путем захвата электрона ядром. Время полураспада йода-124 составляет всего 4,2 дня. Однако ксенон (XENON) захватывает сразу два электрона, что дает два нейтрона из протонов и два нейтрино. XENON-коллаборация время процесса оценила как 1,8 х 1022 года, что больше жизни нашей Вселенной в триллион раз!