Чтобы сфотографировать черную дыру, необходим телескоп размером с Землю и еще один важный инструмент — алгоритм, который сведет данные в итоговое изображение. Кэти Боуман — одна из исследователей, работавших над этим алгоритмом, еще студенткой пыталась научить компьютеры распознавать образы на основе зашумленной информации. Вместе с научным руководителем Биллом Фриманом она разработала метод, позволяющий распознать объекты, «зашифрованные» в полутенях, которые отбрасывают углы зданий. В результате становилось возможным увидеть то, что находилось за этими углами.

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.

Полученную радиотелескопами информацию можно интерпретировать по-разному и сгенерировать таким образом целый «зоопарк» изображений. Однако не следует думать, что исследователи просто притянули результат к своим представлениям о том, как должна выглядеть черная дыра. Существуют строгие ограничения, продиктованные тем, что астрономам известно о космосе. Ученые знают, на что должны быть похожи астрономические объекты и на что они не похожи. Это позволяет отсеять огромное количество вариантов, изображающих то, что не может находиться в центре галактик.

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.

Саму черную дыру невозможно увидеть, однако ее тень хорошо различима на фоне поглощаемого вещества. На Землю смотрит полюс Поэхи, поэтому астрономы видят раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры, «сверху». Однако даже если бы черная дыра была видна сбоку, расчеты показывают, что вещество движется по таким траекториям, что тень все равно была бы видна. Интересно, что по форме тени можно определить различные свойства черной дыры (например, является ли она вращающейся) и отличить ее от червоточины (кротовой норы).
 

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.