Черная дыра фото из космоса: Черные дыры в космосе их фотографии |

Содержание

Черные дыры — космическое пространство, открытия, горизонт событий, вселенная, путешествие в другие миры

Человек уже на протяжении нескольких десятков лет изучает космическое пространство, но до сих пор многое является абсолютной тайной. Черные дыры — это одно из самых странных явлений во Вселенной. Во всяком случае, на данном этапе развития человечества. Это объект с бесконечной массой и плотностью, а значит и притяжением, за пределы которого не может вырваться даже свет — поэтому дыра черная.

Сверхмассивная черная дыра может втянуть в себя целую галактику и не подавиться, а за пределами горизонта событий привычная нам физика начинает визжать и скручиваться в узел. С другой стороны, черные дыры могут стать потенциальными переходными «норами» из одного узла пространства в другой. Вопрос в том, как близко мы сможем приблизиться к черной дыре, и не будет ли это чревато последствиями?

Самое обсуждаемое по теме Черные дыры

Среди бесчисленного множества космических объектов, самыми загадочными являются черные дыры – области пространства-времени, сила притяжения которых настолько велика, что даже фотоны света не могут вырваться за пределы их горизонта событий. Считается, что сверхмассивные черные дыры находятся в центрах галактик и Млечный Путь – не исключение. И хотя наши знания о Вселенной и ее обитателях ограничены, ученые продолжают собирать их по крупицам. По мере развития технологий важнейшим научным инструментом стали компьютерные модели – с их помощью исследователи разработали реалистичные модели Вселенной. Более того, ранее в этом году команда физиков из Амстердамского университета смоделировала горизонт событий черной дыры в лаборатории. Может показаться удивительным, однако искусственная черная дыра начала испускать излучение, как и предполагал знаменитый физик-теоретик Стивен Хокинг. Это открытие, вероятно, позволит ученым разработать совершенно новую физическую теорию, сочетающую общую теорию относительности (ОТО) и принципы квантовой механики. Но как?

Черные дыры – одни из самых загадочных объектов на просторах Вселенной. И хотя физики давно догадывались об их существовании, статус реальных космических обитателей черные дыры получили несколько лет назад. Открытие гравитационных волн в 2017 году и первый снимок черной дыры (2019 год) ознаменовали собой новую эру космических исследований – в самом ближайшем будущем мы узнаем много нового о Вселенной и существующих на ее просторах объектах. Так, недавно в журнале Physical Review Letters вышла статья, авторы которой утверждают что эти космические монстры обладают уникальными и причудливыми квантовыми свойствами. Новое исследование имеет отношение к теории квантовой гравитации – одной из нерешенных загадок современной науки. В основе работы лежит компьютерное моделирование – с его помощью физики обнаружили что черные дыры обладают свойствами, характерными для квантовых частиц. Удивительно, но исследователи полагают, что эти космические монстры могут быть одновременно маленькими и большими, тяжелыми и легкими, мертвыми и живыми.

В самом сердце нашей галактики прячется космический монстр. Сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А* (Sagittarius A*) находится в центре Млечного Пути, отчего наблюдать ее крайне сложно. Ученым, тем не менее, это удалось – еще в 2019 году они смогли сфотографировать Стрельца А*. Отметим, что речь не идет об обычных фотографиях – на снимке мы видим «тень» черной дыры, так называемый горизонт событий. Чаще всего его описывают как точку невозврата, своего рода космическую тюрьму, вырваться из которой не способны даже кванты самого света. Гравитационная сила Стрельца А* притягивает к себе все объекты поблизости, а их остатки мы видим на снимке. Недавно команда исследователей проекта Event Horizon Telescope (EHT) опубликовала результаты наблюдений за черной дырой в нашей Галактике. Но вот что особенно интересно – объект на новом изображении сильно отличается от того, что был на предыдущих снимках.

Среди множества космических загадок «червоточины» пользуются особой популярностью. С их помощью герои блокбастеров путешествуют по разным вселенным, однако в реальности так называемый мост Эйнштейна-Розена является математическим дополнением общей теории относительности (ОТО). В 1916 году математик Натан Розен и физик Альберт Эйнштейн обратили внимание на решение простейших уравнений ОТО, описывающих изолированные источники гравитационного поля. Ученые предположили, что эта пространственная структура похожа на «мост», соединяющий две одинаковые вселенные (или две разные точки пространства-времени). Впоследствии эти структуры получили название червоточины (от английского «wormhole» — «червоточина»), однако их существование не доказано. Но несмотря на гипотетический статус, червоточины или «кротовые норы» постоянно присутствуют в уравнениях и помогают астрофизикам описывать устройство Вселенной, движение звезд, планет и других небесных объектов. Но если они действительно существуют, то можно ли их найти? Давайте разбираться!

Что такое мультивселенная? Является ли она научной фантастикой или научным фактом? И если так, то сколько альтернативных вселенных может существовать? Ответы на эти вопросы мы вряд ли когда-нибудь узнаем: наша способность к познанию, увы, ограничена. Но если верить результатам опыта Юнга, то такие элементарные частицы как фотоны могут находиться в двух местах одновременно. Но лишь при условии, что за ними кто-то наблюдает. К тому же, физикам удалось доказать, что свет может быть и волной и частицей одновременной, что по-научному называется корпускулярно-волновым дуализмом. Подобные противоречия и аномалии квантовой механики лежат в основе как развития науки, так и научной фантастики, будь та в прозе или на экране. Так, герои кинокомиксов Марвел, как и герои мультсериала «Рик и Морти, то и дело путешествуют между мирами. Согласитесь, сама идея о существовании других версий себя захватывает дух, а такие именитые ученые как Андрей Линде, Митио Каку и Стивен Хокинг всерьез рассматривают существование Мультиверса.

На протяжении многих лет ученые мечтали заглянуть в сердце Млечного Пути. Удивительно, но их мечта наконец сбылась: с помощью сети обсерваторий проекта «Телескоп горизонта событий» (EHT) астрономы опубликовали первое в истории изображение Стрельца А* – сверхмассивной черной дыры в центре Галактики. Ее масса превышает солнечную в 4 миллиона раз и находится на расстоянии 27 тысяч световых лет от Земли. Но так как черные дыры притягивают к себе все объекты поблизости, увидеть их невозможно (слишком уж они темные). В отличие от светящейся уничтоженной материи, которая кружится над пропастью со скоростью близкой к скорости света. Получить это изображение было «фантастически сложно». К счастью, разработанные алгоритмы будут использоваться в других наблюдениях.

Космос – тихое место. Отсутствие кислорода не позволяет звуковым волнам распространяться, так как большая часть космического пространства – это вакуум, в котором нет среды способной передавать звук. И все же многочисленные утверждения о том, что во Вселенной вообще нет звука не совсем верные. На самом деле скопления галактик содержат большое количество газа, который обеспечивает условия для распространения звуковых волн. Недавно исследователи из NASA представили изумленной публике запись, на которой черная дыра в созвездии Персей испускает пугающий звук. Совместно с командой из Массачусетского технологического института, исследователям удалось провести преобразование излучения рентгеновского эха в слышимые звуковые волны.

Наблюдения за звездами, планетами и галактиками показали, какой крошечной песчинкой в бесконечном космосе является наша планета. И все же нам есть чем похвастаться: мы изучаем Солнечную систему, доказали существование гравитационных волн и даже насладились первым в истории снимком горизонта событий черной дыры. И тем не менее наша Галактика полна секретов. Например, галактический центр, расположенный на расстоянии около 24 000 световых лет от Земли, не видно в оптическом свете из-за сильного затемнения межзвездной пылью. К счастью, на помощь астрономам пришла команда Event Horizon Telescope (EHT), которая несколько лет назад подарила миру изображение черной дыры (точнее, ее тени). О новом новаторском открытии будет объявлено на конференции 12 марта. Разбираемся чем астрономы могут нас удивить.

Осенью 2017 года наши знания о Вселенной изменились навсегда. И хотя существование гравитационных волн предсказывал Альберт Эйнштейн еще в 1916 году (при этом сомневаясь, что их вообще можно обнаружить), ученые все же смогли это сделать. Физики международных коллабораций LIGO и VIRGO впервые зафиксировали гравитационные волны в 2015 году, а два года спустя стали лауреатами Нобелевской премии по физике. Источником небольших искажений пространства и времени (то есть гравитационных волн) стало столкновение двух сверхмассивных черных дыр. Поиски так называемой ряби во Вселенной продолжаются и недавно ученые опубликовали свежие данные – оказывается, сверхмассивный черные дыры могут захватывать несколько черных дыр, значительно уступающих ей в размерах.

Существует вопросы, ответы на которые мы никогда не узнаем. Взять, к примеру, черные дыры – эти таинственные космические объекты встречаются по всей Вселенной. Их гравитация настолько сильна, что все расположенные поблизости объекты будут неизбежно ими поглощены. И если мы в состоянии обнаружить черные дыры и предположить что происходит внутри, то узнать что именно находится за горизонтом событий не представляется возможным. Ни один живой организм никогда не сможет оказаться внутри этих космических монстров. Наука, однако, позволяет делать определенные предположения. Так, общая теория относительности Эйнштейна (ОТО) гласит, что все объекты поглощенные черной дырой остаются в ней навсегда. Даже кванты самого света не способны вырваться наружу. Но в 1970-х годах ХХ столетия физик-теоретик Стивен Хокинг пришел к выводу, что черные дыры должны испускать излучение, тем самым создавая парадокс.

Настоящий космический монстр. Рядом с Землей обнаружена самая близкая к нам черная дыра

Ученые считают, что масса этой черной дыры в 12 раз больше массы нашего Солнца и по космическим меркам она находится практически рядом с нашей планетой.

Технология | Телескоп Event Horizon

Нажмите на тему, чтобы узнать больше.

Повышение чувствительности EHT

Сбор данных в широкополосных сетях

Один из способов повысить чувствительность EHT — улавливать больше энергии от целей черных дыр на каждом участке EHT. Поскольку черные дыры излучают излучение на многих частотах, мы можем сделать это, увеличив диапазон частот, которые регистрируются во время наблюдений EHT. Это, в свою очередь, требует электронных систем и систем записи, работающих на более высоких скоростях. Отраслевые тенденции, которые позволяют использовать более быстрые персональные компьютеры и жесткие диски большей емкости, позволили EHT достичь скорости записи, которая более чем в 10 раз выше, чем у любого другого глобального массива. Это воплощено в «законе Мура», эвристике, придуманной в 1965 соучредителя Intel Гордона Мура предсказал экспоненциальный рост мощности интегральных схем в последующие десятилетия.

Действие закона Мура позволило EHT собирать, записывать и обрабатывать гораздо большую полосу пропускания за небольшую часть стоимости более ранних новаторских систем VLBI. Полученное в результате повышение чувствительности наблюдений помогло расширить охват EHT до более длинных базовых линий и привело к получению наборов данных более высокого качества с гораздо лучшим отношением «сигнал-шум» или SNR.

EHT оборудует каждую отдельную антенную площадку специализированной электроникой, разработанной и поставленной в сотрудничестве. Хотя исторически использовалось аналоговое РСДБ-оборудование, в современную эпоху преобладает цифровая электроника, которая является основой EHT. Для однотарельных телескопов первичный блок называется VLBI «Digital Back End» или DBE, который отбирает аналоговые данные с радиоприемника и передает отформатированные цифровые данные в регистратор данных.

В наблюдениях EHT использовалось несколько различных типов цифровой серверной части, в том числе система DBE1 первого поколения, система цифрового преобразователя основной полосы частот (DBBC), разработанная в Европе, и цифровая базовая часть ROACH (RDBE). Самое последнее воплощение называется «R2DBE» или «ROACh3 DBE» и развернуто на всех сайтах EHT. R2DBE осуществляет выборку и обработку данных со скоростью 16 гигавыборок в секунду, что идеально соответствует скорости записи цифрового регистратора Mark6, последнего поколения регистратора данных EHT VLBI. ROACH расшифровывается как «Реконфигурируемое вычислительное оборудование с открытой архитектурой» и совместно используется коллаборацией астрономических инструментов с открытым исходным кодом под названием «CASPER» (Collaboration for Astronomy Signal Processing and Electronic Research).

Каждый рекордер Mark6 получает цифровые данные со скоростью 16 Гбит/с от R2DBE и распределяет их между 32 жесткими дисками, сгруппированными в 4 модуля по 8 дисков в каждом. Планируется, что EHT будет регистрировать совокупную скорость на каждом сайте 64 гигабита в секунду при использовании 4 блоков Mark6 в тандеме. Эта скорость соответствует максимальному току полосы пропускания, доступному на ключевом участке ALMA (Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив Атакама), который имеет самую большую площадь сбора среди всех участков EHT.

Записанные пакеты дисков с каждого сайта отправляются обратно в два центральных места: Институт Макса Планка в Бонне, Германия, и обсерватория Массачусетского технологического института в Вестфорде, штат Массачусетс, для корреляции. Программный коррелятор DiFX или «распределенный FX» теперь используется для корреляции EHT. Помимо других преимуществ, программные корреляционные кластеры масштабируемы, а программы легко настраиваются. Процессоры на базе ЦП являются массовыми продуктами, поэтому в области обработки, а также записи EHT использует преимущества закона Мура в вычислительной мощности.

Увеличение апертуры телескопа

Самый простой способ повысить чувствительность EHT — увеличить чистую площадь сбора тарелок в массиве. Могут быть добавлены новые телескопы — например, Гренландский телескоп диаметром 12 м должен быть введен в эксплуатацию в 2018 году, — но большие тарелки особенно ценны, так как площадь сбора данных пропорциональна квадрату диаметра тарелки. Большая площадь сбора означает, что на Земле может быть захвачено больше фотонов, испускаемых горячим газом вблизи горизонта событий черной дыры. Большой миллиметровый телескоп (LMT), станция EHT в Мексике, имеет диаметр 50 метров, что делает его крупнейшим полностью управляемым телескопом миллиметрового/субмиллиметрового диапазона в массиве.

Но изготовление больших рефлекторов — дорогое и иногда непрактичное решение, особенно на таких коротких длинах волн, потому что механическая точность и жесткость тарелки имеют чрезвычайно жесткие допуски, которые трудно соблюсти.

Некоторые станции EHT, такие как ALMA, SMA и планируемая IRAM NOEMA, сами по себе представляют собой наборы антенн меньшего размера. Как и EHT, они являются интерферометрами, но работают на локальных коротких базах до сотен метров, а не на тысячи километров, как у EHT, и их тарелки соединены кабелями. Чтобы использовать эти сайты в качестве станций EHT, небольшие антенны должны быть объединены электронным способом, что позволяет объединить их области сбора. Поэтапная ALMA, например, объединяет до 64 тарелок, каждая диаметром 12 м, с общей площадью сбора 7200 квадратных метров, что примерно в три раза превышает площадь сбора 2000 м LMT.

ЛМТ. Фото: Дэвид Санчес-Аргуэльес (LMT/INAOE)

Мерой качества работы системы с фазированной решеткой является «эффективность фазирования», которая в идеале должна превышать 90 % для типичных источников EHT. График здесь показывает эффективность фазирования SWARM по треку во время кампании EHT 2016 года. Авторы и права: Primiani et al., 2016 г., JAI, том 5, № 4 (2016 г.), стр. 13.

Улучшение разрешения EHT

Создание массива большего размера

Массив телескопов становится способным различать все более тонкие детали в излучении по мере увеличения расстояния между телескопами. Мы добавляем новые телескопы к EHT, чтобы построить массив с площадью основания, приближающейся к размеру Земли.

Радиус Шварцшильда для Sgr A * составляет 10 микросекунд дуги, что является чрезвычайно малым размером даже по астрономическим стандартам. На сегодняшний день наблюдения EHT достигли разрешения лучше, чем 60 угловых микросекунд, что примерно равно угловому размеру апельсина на Луне. Мы работаем над тем, чтобы включить в массив EHT другие миллиметровые телескопы, чтобы улучшить разрешение EHT и, в конечном итоге, получить изображения черных дыр в Sgr A*, M87 и других источниках.

Угловое разрешение базовой линии определяется как λ/D, где D — предполагаемое расстояние между антеннами. Мы также ссылаемся на этот расчет с помощью λ/B, чтобы указать, что D является базовой линией, разделением участков EHT, используемым для интерферометрии со сверхдлинной базой. Лучшее угловое разрешение можно получить, наблюдая на более коротких длинах волн и увеличивая расстояние между телескопами. Поэтому мы активно пытаемся получить наилучшее разрешение, полученное благодаря нашей способности разрешать крошечные объекты с наименьшим достижимым разрешением.

На сегодняшний день мы получили обнаружения на базовых линиях между Гавайями (SMA + JCMT) и континентальной частью США (LMT + SMT) с угловым разрешением, соответствующим 6 радиусам Шварцшильда для Sgr A*. ALMA удвоит это угловое разрешение. Будущие наблюдения EHT, возможно, смогут получить разрешение до 1,5 радиуса Шварцшильда.

Базовый уровень	Разрешение на частоте 230 ГГц	Разрешение на частоте 345 ГГц
ЛМТ — СМТ	140 мксек/ 14 R _Sch	93 мксек/9,3 R _Sch
Гавайи – поверхностный монтаж	58 мксек/ 5,8 R _Sch	39 мксек/3,9 R _Sch
Гавайи — АЛМА	28 мксек/ 2,8 R _Sch	19 мкс/ 1,9 R _Sch
Плато де Буре — Южный полюс	23 мксек/ 2,3 R _Sch	15 мксек/ 1,5 R _Sch

Таблица, показывающая разрешение (как в угловых микросекундах, так и в радиусах Шварцшильда Sgr A*), достижимое на Sgr A* с текущими и будущими базовыми линиями EHT.

Улучшение УФ-покрытия, поскольку к телескопам добавляется массив EHT.

Точность изображения: по мере того, как к EHT будет добавляться больше телескопов, мы сможем получать изображения излучения вокруг черных дыр. Как правило, точность изображений, создаваемых интерферометрической решеткой, увеличивается по мере добавления к решетке дополнительных телескопов.

Радиоастрономы используют термин «ультрафиолетовое покрытие» для обозначения прогнозируемой длины базовой линии и ориентации, для которых получены данные. Восточная и северная проекции каждой базовой линии, измеренные в единицах длины волны наблюдения, обозначаются как «u» и «v» соответственно. По мере вращения Земли проекция каждой базовой линии на плоскость, перпендикулярную направлению к источнику, изменяется таким образом, что каждая базовая линия описывает дугу в УФ-плоскости. Каждое положение в УФ-плоскости соответствует одному компоненту Фурье изображения на небе. Способность реконструировать изображение неба улучшается с увеличением покрытия ультрафиолетом.

Дополнительным фактором при масштабировании проекта для включения большого количества телескопов является погода и изменчивость наблюдений для каждой обсерватории. Наличие участков в пустынях, тропиках, горах и ледяных полях усиливает необходимость учета климатических различий, которые мы продолжаем отслеживать и анализировать, чтобы найти ключевые периоды в течение года для оптимальной видимости. Здесь мы проводим ключевые измерения атмосферной непрозрачности и коэффициента пропускания, чтобы найти корреляции между всеми точками нашего массива, таким образом выявляя наилучшие периоды наблюдений, когда мы можем наиболее эффективно собирать свет всеми нашими телескопами. Непрозрачность и коэффициент пропускания измеряют способность электромагнитных сигналов проходить через атмосферу и достигать наших приемников, при этом кодируя нужную информацию. При высокой непрозрачности атмосферы молекулы воздуха преломляют (изменяют направление пути фотонов) свет, так что исходный сигнал затухает. Поэтому мы продолжаем следить за погодными условиями, чтобы свести к минимуму затухание сигнала и наблюдать за наиболее полной волной.

По мере того, как мы строим более крупный массив, возникает больше проблем и соображений, но вместе с ними и больше возможностей для увеличения нашей базовой линии и определения структуры черных дыр.

Стрелец A*: 1-е фото черной дыры Млечного Пути на снимках

Изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, бегемота, получившего название Стрелец A*, полученное телескопом Event Horizon 12 мая 2022 года.

(Изображение предоставлено в сотрудничестве с Event Horizon Telescope)

12 мая 2022 года ученые представили первое в истории изображение Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь.

Историческое изображение Стрельца A* (или Sgr A* для краткости) было получено с помощью Телескопа Горизонта Событий, общепланетарной группы обсерваторий, наиболее известных тем, что запечатлели горизонт событий черной дыры в Мессье 87 (M87) в 2019. Вы можете увидеть изображение выше.

Изображение было получено в субмиллиметровых радиоволнах, и оно показывает, что в сердце Млечного Пути действительно есть черная дыра, питающаяся любым доступным газообразным водородом. Изображение также стало огромным технологическим прорывом после многих лет попыток заснять Sgr A*, который намного меньше, чем M87.

Нажмите на стрелки выше, чтобы узнать больше о том, как было сделано открытие черной дыры.

На этом изображении показана Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама (ALMA), направленная на Млечный Путь, а также местонахождение Стрельца A*, сверхмассивной черной дыры в нашем галактическом центре. Врезка представляет собой изображение черной дыры, полученное телескопом Event Horizon в 2022 году.

(Изображение предоставлено ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration)

Стрелец A*, произносится как «Звезда Стрельца А», — сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашей спиральной галактики Млечный Путь. В 2008 году астрономы Рейнхард Гензель и Андреа Гез показали, что масса Стрельца A* в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца.

Но черная дыра, какой бы большой она ни была, относительно мала по сравнению с Млечным Путем. Диаметр сверхмассивной черной дыры составляет около 14,6 миллионов миль (23,5 миллиона километров) , но сам Млечный Путь имеет ширину 100 000 световых лет и толщину 1000 световых лет.

Монтаж радиообсерваторий, образующих сеть Event Horizon Telescope (EHT), использованный для изображения центральной черной дыры Млечного Пути, Стрельца A*. К ним относятся Большая миллиметровая / субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA), Эксперимент Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-метровый телескоп IRAM, Телескоп Джеймса Кларка Максвелла (JCMT), Большой миллиметровый телескоп (LMT), Субмиллиметровая решетка (SMA), Субмиллиметровый телескоп. (SMT) и Телескоп Южного полюса (SPT).

(Изображение предоставлено: ESO/M. Kornmesser. Изображения отдельных телескопов: ALMA: ESO APEX: ESO LMT: INAOE Archives GLT: N. Patel JCMT: EAO-W. Montgomerie SMT: D. Harvey 30m: N. Billot SPT : Википедия SMA: С. Р. Шимпф NOEMA: IRAM Пик Китт: Википедия Млечный Путь: Н. Райзингер (skysurvey.org))

Event Horizon Telescope Collaboration — это многонациональный исследовательский проект, который занимается изучением черных дыр. В коллаборации участвуют более 200 ученых и инженеров, работающих с телескопами по всему миру. Рабочие группы включают такие аспекты, как приборостроение, сбор и обработка данных, анализ данных, продукты, публикации и другие специальности.

«Горизонт событий» в названии Телескопа Горизонта Событий относится к границе черной дыры, из которой не может выйти никакое излучение (включая свет). Общая теория относительности Эйнштейна также предсказывает, что в черных дырах есть недоступная для фотонов зона.

На этом изображении показано расположение некоторых членов Телескопа Горизонта Событий, а также представление длинных базовых линий между телескопами.

(Изображение предоставлено ESO/L. Calçada)

EHT использует радиотелескопы по всему миру для получения изображений черных дыр, включая Южный полюс, США, Мексику и Чили. Все обсерватории смотрят на одну и ту же цель одновременно, собирая данные в несколько разных форматах. Этот метод наблюдения позволяет многочисленным телескопам действовать как единый большой телескоп, который в идеале увеличивает отдаленные и тусклые объекты.

Телескопы синхронизируются благодаря временным меткам данных с помощью атомных часов. Часы стреляют мазерным (микроволновым лазером) лучом в газообразный водород. Поскольку газообразный водород колеблется с известной частотой, это позволяет проводить измерения аналогично тому, как рассчитывают колебания маятника в старинных напольных часах. Водородные мазерные часы теряют всего около 1 секунды каждые 100 миллионов лет.

Телескоп Event Horizon, массив из восьми наземных радиотелескопов планетарного масштаба, созданный в результате международного сотрудничества, сделал это изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени в центре галактики M87.

(Изображение предоставлено коллаборацией EHT)

В 2019 г. EHT запечатлел горизонт событий M87, показав силуэт черной дыры в мельчайших деталях. Он проявляется так ярко, потому что газ, закрученный вокруг черной дыры, создает сильное излучение. (Излучение внутри черной дыры, конечно же, невидимо, так как оно находится за горизонтом событий.)

Последующие исследования 2021 года позволили получить изображение поляризованного света, окружающего черную дыру, который проливает свет на ее магнитные поля. Свет поляризуется, когда излучается в горячих и магнитных средах, таких как черная дыра. Неполяризованный и поляризованный свет имеют разную ориентацию и яркость.

Поляризованный вид «говорит нам, что излучение в кольце, скорее всего, вызвано магнитными полями, расположенными очень близко к горизонту событий», — Моника Москибродска, координатор рабочей группы по поляриметрии EHT и доцент Radboud Universiteit в Нидерланды, сообщили Space.com в 2021 году.

Коллаборация EHT создала возможные изображения Стрельца A*, используя трассировку лучей, которая предсказывает, как выглядят черные дыры, на основе общей теории относительности Эйнштейна.

(Изображение предоставлено: Ben Prather/EHT Theory Working Group/Chi-Kwan Chan)

Чтобы понять причудливую физику окружающей среды Sgr A*, команда визуализации использовала инструменты и модели для измерения наблюдаемых свойств. Они также разработали более упрощенные модели, «которые мы можем напрямую сопоставить с данными EHT», — сказал журналистам астрофизик из Гарвардского и Смитсоновского институтов Майкл Джонсон после того, как 12 мая 2022 года было объявлено о создании изображения черной дыры. — сказал Джонсон. «Это дает нам другую точку зрения и позволяет нам понять систематические погрешности обоих методов, потому что эти простые модели легче ограничить очень ограниченными данными».

Они работали с моделями двумя способами. Первый заключался в том, чтобы разделить данные по времени и сопоставить их с снимками черной дыры в действии, чтобы убедиться, что измерения не были «загрязнены» изменчивостью окружающей среды. Это было объединено в единую усредненную модель.

Вторая модель стремилась уместить все данные одновременно. «Здесь мы подходим к средней структуре изображения, а также к дополнительному источнику шума изменчивости, который находится поверх этого среднего значения», — сказал Джонсон. «Эта процедура очень похожа на то, что мы делали для создания изображений. Объединив все эти различные подходы, мы смогли точно охарактеризовать свойства кольца».

Сравнение снимков черных дыр в центре галактики M87 слева и в Млечном Пути справа.

(Изображение предоставлено коллаборацией EHT)

И Sgr A*, и M87 столкнулись со своими уникальными проблемами при получении изображений, отметил Винсент Фиш, член команды EHT, который также является ученым-астрономом Массачусетского технологического института.

Sgr A* намного меньше и гораздо более изменчив, чем M87, сказал он журналистам 12 мая 2022 года. «Материалы кружатся вокруг M87 в течение многих дней, но материал перемещается близко к горизонт Sgr A*», — сказал Фиш.

Чтобы «еще больше все усложнить», добавил он, Стрелец A* заблокирован большим количеством пыли в нашей собственной галактике, что затрудняет просмотр всего материала. «Это рассеивает радиоволны и размывает изображение. Но годы наблюдений на других длинах волн позволили астрономам частично смягчить последствия этого размытия».

Рентгеновские, инфракрасные и инфракрасные изображения Стрельца А*.

(Изображение предоставлено: рентген (Чандра), радио (EHT) и ИК (Хаббл))

EHT быстро развивается, чтобы производить больше научных данных. Сотрудничество направлено на добавление нескольких новых телескопов по всему миру для перехода от неподвижных изображений черных дыр к первым фильмам с высоким разрешением, к чему ученые стремились по крайней мере с 2019 года. в то, что мы называем «гибким наблюдением», — сказал Фиш журналистам 12 мая 2022 года. Цель состоит в том, чтобы собрать вместе новые телескопы примерно к 2024 году, хотя получение движущихся изображений может занять некоторое время. 0005

«Данные должны быть обработаны, и кто знает?» Добавлена рыба. «Какие методы динамического изображения должны быть разработаны для этого фильма? Но [это произойдет] через несколько лет после этого, для M87».

Монтаж радиообсерваторий, которые образуют сеть Event Horizon Telescope (EHT), используемую для изображения центральной черной дыры Млечного Пути, Стрельца A*. К ним относятся Большая миллиметровая / субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA), Эксперимент Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-метровый телескоп IRAM, Телескоп Джеймса Кларка Максвелла (JCMT), Большой миллиметровый телескоп (LMT), Субмиллиметровая решетка (SMA), Субмиллиметровый телескоп. (SMT) и Телескоп Южного полюса (SPT).

Кампания EHT на 2022 год запланировала около недели удаленных наблюдений. В марте коллаборация EHT предложила исследовать объекты, начиная от черных дыр и заканчивая галактиками и квазарами (имеется в виду сверхъяркие объекты с черными дырами) 9.В мартовском объявлении 0005

Sgr A* дразнили как потенциальную цель для наблюдений, и ученые также заявили, что планируют вернуться к съемке M87. Чиновники использовали методы дистанционного наблюдения в качестве меры безопасности, учитывая продолжающуюся пандемию COVID-19.

Визуализация гравитационного поля черной дыры.

(Изображение предоставлено Центром космических полетов имени Годдарда НАСА/Джереми Шнитман)

В то время как EHT создал потрясающие изображения черных дыр с земли, следующее поколение таких работ может быть получено в космосе. В 2019 году, астрономы из Университета Радбауд в Нидерландах заявили, что они, Европейское космическое агентство и другие в конечном итоге хотели бы разместить два-три спутника на орбите вокруг нашей планеты.

Их концепция называется Event Horizon Imager. Он работает, расширяя доступное расстояние между отдельными радиотелескопами до пределов, которые может обеспечить поверхность Земли. Теоретически большее расстояние может означать лучшее разрешение, что позволит в будущем получать еще более подробные изображения черных дыр.

Чтобы узнать больше о черных дырах, ознакомьтесь с нашим справочным руководством по черным дырам и посмотрите, куда ведут черные дыры. Мы также рассмотрели белые дыры, противоположность черных дыр, и то, как черные дыры повлияли на видеоигры. Возможно, вы захотите прочитать самые смелые идеи Стивена Хокинга о черных дырах, чтобы увидеть, насколько они странны на самом деле.

Элизабет Хауэлл, доктор философии, является штатным корреспондентом на канале космических полетов с 2022 года. Она была автором статей для Space.com (открывается в новой вкладке) в течение 10 лет до этого, с 2012 года. Репортажи Элизабет включают эксклюзив для Office вице-президента Соединенных Штатов, несколько раз выступая с Международной космической станцией, наблюдая за пятью запусками человека в космос на двух континентах, работая в скафандре и участвуя в имитации полета на Марс.