Стрелец A* — сверхмассивная чёрная дыра в самом центре Млечного Пути — вращается почти с предельной скоростью, предусмотренной общей теорией относительности. Такой вывод сделали учёные международного проекта Event Horizon Telescope (EHT), впервые применив мощь искусственного интеллекта для анализа радиоданных, полученных при помощи глобальной сети радиотелескопов.
Речь идёт о скорости вращения, достигающей 80–90 % от так называемого предела Керра — теоретического максимума, за которым чёрная дыра начинает терять устойчивость. Это открытие, сделанное с использованием нейросети, обученной на миллионах симуляций, не только даёт представление о физике пределов, но и меняет подход к наблюдению самых загадочных объектов во Вселенной.
Как учёные «увидели» невидимое
До сих пор Стрелец A* оставался неуловимым — он слишком мал (по астрономическим меркам), слишком далёк и окружён переменчивой средой, мешающей точным наблюдениям. Однако исследователи из проекта EHT, известного тем, что впервые в истории сфотографировал тень чёрной дыры в галактике M87, пошли дальше.
Для анализа размытых радиоданных они использовали методику GRMHD — симуляции, моделирующие обтекание чёрной дыры горячей плазмой и поведение магнитных полей в условиях экстремальной гравитации. Миллионы таких симуляций были загружены в нейросеть, которая затем сравнивала результаты с реальными данными, полученными с помощью интерферометрии.
ИИ «выжал» из радиосигналов детали, которые было невозможно получить стандартными методами. Это позволило реконструировать форму и ориентацию аккреционного диска, определить направление оси вращения (оказалось, что она направлена в сторону Земли) и, главное, вычислить скорость вращения самой чёрной дыры.
«Это словно заглянуть внутрь экстремальной лаборатории природы — там, где гравитация, свет и материя взаимодействуют в совершенно новых режимах», — поясняет Райан О’Лир, астрофизик из Университета Вашингтона в Сент-Луисе.
Зачем нам знать, как быстро вращается чёрная дыра?
Хотя чёрные дыры считаются объектами, поглощающими всё, включая свет, они также способны быть источниками колоссального выброса энергии. Вокруг них формируются аккреционные диски — горячие скопления вещества, которое вращается на околосветовых скоростях, прежде чем быть втянутым внутрь горизонта событий. Из-за взаимодействия с магнитными полями такие диски могут выбрасывать мощные джеты — узкие струи частиц, распространяющиеся на тысячи световых лет.
Чем быстрее вращается чёрная дыра, тем больше энергии может быть извлечено из её вращения. Это связано с эффектом Пенроуза и другими релятивистскими механизмами, которые позволяют преобразовывать часть гравитационной энергии в радиацию и кинетику.
Открытие высокого спина Стрельца A* важно для понимания следующих аспектов:
- Формирование джетов и вспышек. Активные ядра галактик, обладающие мощными джетами, часто связаны с быстро вращающимися чёрными дырами. Хотя у Стрельца A* джеты слабо выражены, его поведение может объяснить наблюдаемые всплески рентгеновского и инфракрасного излучения.
- Влияние на галактическую динамику. Предполагается, что быстро вращающаяся чёрная дыра оказывает влияние на распределение звёзд и газа в центральных областях галактики и даже может объяснять некоторые особенности структуры спиральных рукавов.
- Тестирование общей теории относительности. Спин и масса чёрной дыры — ключевые параметры в уравнениях Эйнштейна. Чем точнее мы их измеряем, тем ближе подбираемся к проверке теории в экстремальных условиях.
Что дальше?
Результаты анализа Стрельца A* — это лишь начало новой эпохи исследований чёрных дыр. Следующие шаги включают:
- Увеличение чувствительности сети EHT. В проект планируется добавить новые телескопы и расширить частотный диапазон, что повысит разрешение и стабильность изображений.
- Уточнение моделей. Текущие GRMHD-симуляции далеки от идеала. Учёные признают, что пока не могут полностью описать сложное поведение магнитных полей и турбулентности в аккреционных дисках.
- Сравнение с другими сверхмассивными чёрными дырами. Вопрос в том, уникален ли Стрелец A* или его «релятивистский темперамент» типичен для ядер галактик.
Почему это важно для всех нас
Даже если чёрные дыры кажутся далёкими и абстрактными, они играют фундаментальную роль в формировании галактик, включая нашу. Они управляют потоками вещества, запускают процессы звездообразования, регулируют рост центральных скоплений и участвуют в «архитектуре» Вселенной. Понимание их природы — ключ к пониманию того, как устроен космос и какое место в нём занимает человечество.
ИИ доказал, что может стать настоящим «переводчиком» сигналов из глубин Вселенной. Благодаря этому даже самые тёмные и плотные объекты становятся частью ясной и измеримой науки. И, возможно, в будущем именно машины помогут нам разгадать, что происходит за горизонтом событий.