Черная дыра в млечном пути: Астрономы впервые получили фото черной дыры в центре Млечного Пути

учёные «сфотографировали» главную чёрную дыру Млечного Пути

12 мая 2022
16:11

Юлия Рудый

Этот компактный объект в центре нашей галактики массивнее нашего Солнца в миллионы раз.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Различие в размерах и массах определяется эволюцией галактик, хозяйками которых являются эти две чёрные дыры.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Исследователи сегодня отчитались о сверхвыдающемся событии в науке: они построили «изображение» чёрной дыры, сидящей в центре нашей галактики Млечный Путь. Тем самым они фактически окончательно подтвердили, что это именно чёрная дыра.

Исследователи сегодня отчитались о сверхвыдающемся событии в науке: они построили «изображение» чёрной дыры, сидящей в центре нашей галактики Млечный Путь и фактически являющейся его хозяйкой. Этот монстр дирижирует всеми процессами в Млечном Пути. Удивительно, но только теперь, имея на руках «фотографию» этого объекта, учёные окончательно подтвердили, что это именно чёрная дыра.

Об этом в ходе пресс-конференции объявили участники «Телескопа горизонта событий» (Event Horizon Telescope, или EHT). Данное достижение среди прочего означает, что в будущем астрономы смогут обнаружить и так называемые «кротовые норы» (в том числе в Млечном Пути).

Напомним, что чёрные дыры могут иметь разные массы. Но ближайшая к Земле известная сверхмассивная чёрная дыра расположена в центре Галактики. Учёные называют её Стрелец A* и обозначают Sgr A*. Она скрыта от прямого наблюдения облаками газа и пыли, плотной межзвёздной средой. Однако её пронзает рентгеновское излучение, радиоизлучение и инфракрасное излучение.

Задача учёных: собрать достигающее Земли излучение, чтобы построить с его помощью представление о том, что происходит в окрестностях чёрных дыр Вселенной и чёрных дыр Млечного Пути, в частности. Ранее мы во всех подробностях рассказывали о том, как та же гигантская коллаборация, объединившая специалистов, работающих в обсерваториях по всему миру, объявила о первой «фотографии» чёрной дыры, хозяйничающей в галактике М87 (Messier 87), расположенной в 54 миллионах световых лет от Земли в созвездии Девы. Позднее мы сообщали о том, что «улыбка» чёрной дыры меняется.

Стрелец А* значительно меньше чёрной дыры галактики M87. Если пончик в руках исследовательницы, представившей открытие, сопоставить по размеру с нашей чёрной дырой, то чёрная дыра галактики M87 будут размером со спортивный стадион.

Кроме того, наша чёрная дыра заслонена от нас значительно большим количеством пыли и газа (хотя находится она ближе – в 27 тысячах световых лет от Земли). Именно поэтому первоначально выбор учёных пал на «хозяйку» галактики M87. Теперь же исследователи собрали изображение чёрной дыры Млечного Пути и показали, не без помощи моделирования, что она вращается.

Для получения достаточно качественных «снимков» (хотя с точки зрения обывателя изображения всё равно выглядят весьма размытыми), 300 учёным пришлось объединить в единую сеть восемь радиотелескопов, расположенных по всему земному шару. Только в этом случае исследователи получают возможность «разглядеть» с Земли достаточное количество деталей.

Добавим, что первоначальная подготовка и оптимизация системы заняли 25 лет работы!

И вот перед нами горизонт событий центральной чёрной дыры нашей галактики! Любуемся.

Этот компактный объект в центре нашей галактики массивнее нашего Солнца в миллионы раз.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Горизонтом событий этот «край» чёрной дыры называется, потому что, согласно официальному определению, события, происходящие за ним никак не могут повлиять на наблюдателя. Фактически же эта та грань, из-за которой ничего уже не может вырваться из «лап» чёрной дыры, за счёт своей мощнейшей гравитации стягивающей на себя всё окружающее вещество.

Оттуда не может вырваться даже свет, поэтому сама чёрная дыра выглядит тёмным пятном на небе и её крайне сложно обнаружить. Её обычно выдаёт гравитационное воздействие на окружающие объекты.

Так на фоне яркого излучающего вещества образуется так называемая «тень» чёрной дыры, которая для наблюдателя извне выглядела бы как тёмное пятно (если бы он мог видеть в радиодиапазоне).

На изображении ниже две «фотографии» чёрных дыр показаны рядом.

Различие в размерах и массах определяется эволюцией галактик, хозяйками которых являются эти две чёрные дыры.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Результаты нынешнего исследования чёрной дыры Млечного Пути опубликованы в виде серии статей в журнале The Astrophysical Journal Letters. Все статьи открыты для полноценного изучения.

Теперь перед учёными стоят новые интересные задачи:им нужно будет сравнить наблюдения за Стрельцом A* с существующими моделями, изучить движение чёрной дыры. Наши представления о чёрных дырах, о том, что происходит с материей вблизи горизонта событий, вполне могут измениться в будущем под влиянием достижений коллаборации EHT.

Добавим также, что сеть EHT уже расширена до 11 радиотелескопов. Наблюдения продолжаются. В дальнейшем в сеть вполне могут быть добавлены космические телескопы, такие, как обсерватория «Миллиметрон», которая может расположиться в точке Лагранжа L2 и запланирована к запуску в начале 2030 годов. От них земная атмосфера не скрывает рентгеновские и ИК-лучи. Это означает, что мы, вслед за учёными, узнаем много новых интересных подробностей о жизни чёрных дыр, о том, что происходит в условиях невероятной гравитации.

Присоединиться к коллаборации смогут учёные и из России. Сейчас ведётся подбор существующих радиотелескопов, а также вводятся в строй новые обсерватории. Кроме того, учёные исследуют возможности создания новых радиотелескопов и подбирают для их размещения подходящие места.

Так, исследователи Астрокосмического центра ФИАН рассматривают возможность возведения обсерватории, которая будет «видеть» на нужных длинах волн, на плато Суффа в Узбекистане. С 2018 года проект получил поддержку правительств РФ и Узбекистана.

Также, по инициативе Астрокосмического центра ведётся поиск, подходящих с точки зрения астроклимата, мест на территории России для размещения антенн миллиметрового диапазона. Поясним, что именно в миллиметровом диапазоне длин волн получается создать изображения чёрных дыр высокого разрешения.

Ранее мы писали о том, что другие вселенные могут казаться нам чёрными дырами, а ещё мы рассказывали об обнаружении чёрных дыр из прошлой вселенной.

Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс. Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

наука
будущее
астрономия
черные дыры
общество
новости

В Млечном Пути найдены восемь источников «эха» черных дыр

Эхо света, отражающееся от густых облаков вещества вокруг активных черных дыр, помогает астрономам лучше понять странное пространство-время в непосредственной близости от этих экстремальных объектов.

Василий Макаров

Астрономы только что идентифицировали в Млечном Пути восемь новых примеров эхо-отзвуков черных дыр. Ранее в нашей галактике были известны лишь два таких явления.

Считается, что черные дыры, которые образовались в результате коллапса массивного звездного ядра, довольно распространены в Млечном Пути. По галактике дрейфует до миллиарда подобных объектов, но их довольно трудно обнаружить; на сегодняшний день мы определили только несколько. Это потому, что, если они не активны, они не излучают никакого излучения, а значит и обнаружить их не представляется возможным. Фактически, они просто невидимы.

Однако, когда черные дыры активны, это совсем другая история. Активная черная дыра — это та, которая заманила что-то в свою гравитационную паутину и постепенно пожирает это.

Безумный эксперимент: как ученый создал черную дыру у себя в лаборатории

Материал образует аккреционный диск из пыли и газа, кружащийся вокруг черной дыры и падающий в нее, подобно тому, как вода циркулирует и стекает в канализацию. Безумные фрикционные и гравитационные взаимодействия генерируют сильное тепло и свет, заставляя область вокруг черной дыры светиться.

В редких черных дырах мы также можем наблюдать в действии необычное явление. Время от времени область внутри края аккреционного диска, ближайшая к активной сверхмассивной черной дыре, ярко вспыхивает — когда эта вспышка света достигает пыли, она отражается обратно — в форме т.е. «эхо».

Как изучают эхо черных дыр

Под руководством астрофизика Цзиньи Вана из Массачусетского технологического института группа исследователей использовала новый автоматизированный инструмент под названием «Машина реверберации», чтобы просмотреть все архивные данные рентгеновской обсерватории NICER НАСА в поисках контрольных признаков эхо-сигналов черных дыр.

Этот поиск выявил восемь двойных систем, содержащих черную дыру, с двойной звездой-компаньоном, которая постепенно лишается и пожирается черной дырой.

«Мы видим новые признаки реверберации в восьми источниках», — говорит Ван. «Черные дыры имеют массу от пяти до 15 масс Солнца, и все они находятся в двойных системах с нормальными маломассивными звездами, подобными Солнцу».

В центре галактики обнаружены сразу три колоссальные черные дыры

Хотя это редкое эхо, оно может многое рассказать нам об окружающей среде вокруг черной дыры. Свет может быть проанализирован как от первоначального выброса, так и от эха, чтобы измерить пространство между черной дырой и пылью, подобно тому, как летучая мышь использует эхолокацию для навигации по своему окружению.

Эхо черных дыр также можно использовать для изучения того, как меняются корона черной дыры и аккреционный диск по мере «питания» черной дыры. Корона — это область раскаленных электронов между внутренним краем аккреционного диска и горизонтом событий.

Как дыры изучают «эхо»

Команда проанализировала 10 излучающих рентгеновское излучение бинарных систем и выявила ряд любопытных закономерностей.

youtube

Нажми и смотри

Во-первых, черная дыра запускается в «жестком» состоянии, создавая корону и испуская высокоскоростные струи плазмы из областей над ее полюсами. Когда эти процессы доминируют в энергетическом профиле черной дыры, временные интервалы между рентгеновскими всплесками и их эхом короткие, порядка миллисекунд.

Черная дыра извергает потоки вещества со сверхсветовой скоростью

Это состояние длится несколько недель, после чего переходит в «мягкую» форму, в которой преобладают низкоэнергетические рентгеновские лучи аккреционного диска. Во время этого перехода временные интервалы между вспышками и эхом удлиняются.

Поскольку скорость света постоянна, это растущее отставание во времени предполагает, что расстояние между короной и диском увеличивается.

Команда считает, что это может означать, что корона расширяется вверх и наружу по мере того, как событие кормления прекращается, а черная дыра успокаивается, пока не начнется следующее безумное кормление материей, лишенной ее звездного компаньона.

Судя по всему, результаты исследования помогут понять принципы работы не только небольших черных дыр, но и сверхмассивных «бегемотов», которые можно найти в ядрах галактик. Это, в свою очередь, может помочь нам лучше понять эволюцию Вселенной.

Наличие черной дыры в центре Млечного Пути все еще не доказано

Изображение тени сверхмассивной черной дыры в ядре галактики M 87, полученное в радиодиапазоне с помощью Event Horizon Telescope (2019)

Нобелевскую премию по физике на этот раз присудили исследователям самых загадочных космических объектов. Нобелевский комитет условно разделил награду на теоретическую и практическую части: за теорию наградили математика Роджера Пенроуза, который обосновал наличие горизонтов событий, а за практические достижения – Райнхарда Генцеля и Андреа Гез, описавших сверхмассивный объект в центре Млечного Пути. Ученые допускают, что в скором времени за исследования черных дыр будет вручена еще одна Нобелевская премия, и ее наиболее вероятным лауреатом называют руководителей консорциума Event Horizon Telescope, которые в прошлом году представили первое в истории изображение черной дыры.

О том, что в центре нашей галактики находится черная дыра массой в 4 млн Солнц, написано в школьных учебниках, об этом рассказывают ученые в научно-популярных программах по ТВ. Словом, это общеизвестный факт. Но формулировка Нобелевского комитета данный факт обошла стороной, присудив премию Генцелю и Гез с формулировкой «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре галактики». Почему?

Академик РАН Анатолий Черепащук, возглавляющий кафедру астрофизики и звездной астрономии астрономического отделения физического факультета МГУ, объясняет, что формально Генцель и Гез не доказали, что объект, обозначаемый как Sagittarius A* (Sgr A*), является черной дырой. Чтобы полностью доказать, что в центре нашей галактики находится именно черная дыра, необходимо показать, что у объекта нет наблюдаемой поверхности, а есть только горизонт событий, объяснил Черепащук. «Генцель и Гез сделали следующее, – рассказывает он. – Они изучали движение звезд в объекте Sgr A*. Благодаря этому они первыми представили наиболее надежную оценку объекта в центре галактики. После них уже пошли другие работы, но эти ученые первыми сказали «мяу». И что важно: они применили очень интересную и нетривиальную технологию наблюдений, чтобы увидеть отдельные звездочки. Это очень красивый сам по себе эксперимент. Очевидно, премия присуждена не только за результат, но и за технологию наблюдения».

Измерять скорость движения звезд вблизи центра галактики – сложнейшая задача. Потому что видеть их напрямую не позволяют пылевые облака – нужно использовать инфракрасный диапазон. Генцель и Гез задействовали крупнейший на тот момент телескоп Кека, расположенный на Гавайских островах, и применили адаптивную оптику, поскольку расстояние этих звезд от описанного ими компактного объекта, если мы смотрим с Земли, измеряется десятыми и сотыми долями угловых секунд. Нестационарность земной атмосферы размывает изображение, и поэтому объекты, расположенные так близко, сливаются.

Ученые применили хитрую технику, которая позволяет достичь высокого углового разрешения телескопа – метод спекл-интерферометрии, рассказывает Черепащук: «Благодаря этому они смогли проследить за каждой звездой вблизи объекта, а там их несколько десятков. И смогли определить не только скорость, но и направления движения. А у двух звезд они даже померили орбиты. Получив эти параметры, вы можете определить массу центрального притягивающего объекта. Вот они это и сделали. Но в то же время они не доказали наличие горизонта событий у этого объекта. Поэтому Нобелевский комитет и сформулировал так осторожно: «определение массы компактного объекта». Потому что формально наличие черной дыры в центре Млечного Пути не доказано».

Над окончательным решением вопроса о черной дыре в центре галактики сейчас и трудится команда Event Horizon Telescope (EHT), это глобальная сеть радиотелескопов, разбросанных по всей Земле. Задача EHT – наблюдение за объектом Sagittarius A* и за черной дырой в сверхгигантской эллиптической галактике М 87. В апреле 2019 г. EHT опубликовала первое в истории изображение черной дыры в центре М 87. Ее тень окружала фотонная сфера.

Команда EHT сейчас работает над получением изображения Sagittarius A*. «Когда это случится, тогда будет окончательно доказано, что это не просто массивный и компактный объект, но объект, у которого нет наблюдаемой поверхности, а есть горизонт событий, – говорит Черепащук. – И тогда, я думаю, будет присуждена вторая Нобелевская премия за изучение черных дыр. Уже за получение их изображений».

Что же до теории, то природу черных дыр обосновал своими работами именно математик Роджер Пенроуз. «Он показал, что если в гравитационном поле сжимаются объекты, то обязательно должны присутствовать сингулярности, – объясняет Черепащук. – Никакими вращениями, асимметриями не избежать сингулярности, т. е. формально бесконечно большой плотности. И он показал, что эти сингулярности должны быть покрыты горизонтами событий. Пенроуз таким образом сформулировал принцип «космической цензуры»: если у вас образуется сингулярность, то вокруг нее образуется и некоторая поверхность, которая не позволяет вам заглянуть за нее и увидеть саму эту сингулярность. Сингулярность всегда скрыта от наблюдателя горизонтом событий». Новаторская статья Пенроуза о природе черных дыр, опубликованная в 1965 г., до сих пор считается важнейшим вкладом в общую теорию относительности со времен Эйнштейна, говорится в релизе Нобелевского комитета.

Хаббл впервые доказал существование одинокой черной дыры, измерив ее массу

АстрономияНовости

11.06.2022

2 445 3 минут чтения

Художественное изображение одинокой черной дыры, дрейфующей через нашу галактику. Черная дыра — это разрушенный остаток массивной звезды, которая взорвалась как сверхновая. Уцелевшее ядро имеет массу, во много раз превышающую массу нашего Солнца. Черная дыра удерживает свет благодаря своему интенсивному гравитационному полю. Черная дыра искажает окружающее пространство, вызывая искажения в звездном свете.

После шести лет тщательных наблюдений «Хаббл» впервые в истории предоставил прямые доказательства существования одинокой черной дыры, дрейфующей в Млечном Пути, точно измерив ее массу.

Около ста миллионов одиночных черных дыр дрейфуют среди звезд Млечного Пути. Однако до сих пор ни одна одиночная черная дыра без бинарной звезды-компаньона не была обнаружена напрямую. После шести лет тщательных наблюдений космический телескоп «Хаббл» впервые в истории предоставил прямые доказательства существования одной такой одинокой черной дыры. Она находится на расстоянии около 5 000 световых лет от нас, в спиральном рукаве Стрельца, и движется через межзвездное пространство, деформируя его благодаря своей мощной гравитации.

Благодаря вызываемому ею эффекту гравитационного линзирования изолированная черная дыра предоставила подсказки в данных Хаббла, чтобы определить ее массу, расстояние и скорость. Его открытие позволяет астрономам оценить, что ближайшая к Земле изолированная черная дыра звездной массы может находиться всего в 80 световых годах от нас.

Две разные исследовательские группы использовали данные Хаббла в своих исследованиях. Один из них возглавляет Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. Второй — Кейси Лам из Калифорнийского университета в Беркли. Результаты двух групп исследователей несколько отличаются друг от друга, но обе предполагают наличие этого невидимого компактного объекта.

Невидимая черная дыра, дрейфующая в галактике

Черные дыры, одиноко блуждающие по Млечному Пути, являются результатом взрывов сверхновых звезд, по крайней мере, в 20 раз более массивных, чем наше Солнце. Их остаточное ядро, раздавленное гравитацией, образует черную дыру. Иногда, если симметрия детонации не идеальна, этот космический объект уносится в межзвездное пространство.

Поскольку она не излучает свет, черную дыру без какого-либо отдельного компаньона найти нелегко. Однако его сильная гравитация деформирует окружающее пространство: она отклоняет и усиливает свет звезд. Они улавливаются наземными телескопами, которые ищут, не вызвано ли изменение их видимой яркости движущимся перед ними объектом на переднем плане.

Одно из таких событий показано на четырех крупных планах в нижней части изображения ниже. Стрелка указывает на звезду, которая на мгновение стала ярче из-за черной дыры на переднем плане, движущейся вдоль нашей линии зрения. Впоследствии, после прохождения черной дыры, звезда вернулась к своей нормальной яркости. Астрономы используют это явление, называемое гравитационным микролинзированием, для изучения звезд и экзопланет в примерно 30 000 событий, наблюдавшихся до сих пор в пределах нашей галактики. Подпись черной дыры на переднем плане выделяется как уникальная среди других событий микролинзирования. Очень сильная гравитация черной дыры увеличит продолжительность события линзирования более чем на 200 дней.

Звездное небо на этой фотографии, сделанной космическим телескопом Хаббла НАСА / ЕКА, находится в направлении галактического центра.

Микролинзирование позволяет оценить массу, расстояние и скорость

Когда одиночная черная дыра прошла перед фоновой звездой, расположенной на расстоянии 19 000 световых лет от нас в галактическом скоплении, свет звезды, направленный на Землю, усиливался в течение 270 дней по мере прохождения черной дыры. Однако потребовалось несколько лет наблюдений Хаббла, чтобы отследить, как положение звезды на заднем плане отклонялось из-за искривления света черной дыры на переднем плане.

Метод микролинзирования позволил получить информацию о массе, расстоянии и скорости черной дыры.

• Величина отклонения из-за интенсивной деформации пространства позволила команде Саху оценить, что черная дыра имеет массу 7 солнечных масс. Кроме того, она будет перемещаться по галактике со скоростью 160 000 километров в час (достаточно быстро, чтобы преодолеть расстояние от Земли до Луны менее чем за три часа). Это быстрее, чем у большинства других близлежащих звезд в этом регионе нашей галактики.
• Команда Лама сообщает о несколько меньшем диапазоне масс, что означает, что объект может быть нейтронной звездой или черной дырой. По их оценкам, масса невидимого компактного объекта в 1,6-4,4 раза превышает массу Солнца. В верхней части этого диапазона объект будет черной дырой, а в нижней — нейтронной звездой.

В следующем видеоролике представлена дополнительная информация о необычном открытии Хаббла.

Важность обнаружения одиночной черной дыры

О существовании черных дыр звездной массы известно с начала 1970-х годов, но все измерения их массы до сих пор проводились в бинарных звездных системах. В них газ звезды-компаньона попадает в черную дыру и нагревается до такой высокой температуры, что испускает рентгеновские лучи. Массы черных дыр в рентгеновских бинарных системах можно оценить по их гравитационному воздействию на компаньонов. Оценки массы варьируются от 5 до 20 солнечных масс. Черные дыры, обнаруженные в других галактиках по гравитационным волнам, возникающим в результате слияний черных дыр с объектами-компаньонами, достигали 90 солнечных масс.

«Обнаружение одиночных черных дыр даст новую информацию о популяции этих объектов в Млечном Пути«, — сказал Саху. Он ожидает, что его программа обнаружит больше свободно плавающих черных дыр в пределах нашей галактики.

Хотя это похоже на поиск иголки в стоге сена: ожидается, что только одно из нескольких сотен событий микролинзирования может быть вызвано изолированными черными дырами.

Подпишитесь на нас:Дзен.Новости / Вконтакте / Telegram

Back to top button

Астрономы возможно обнаружили свободно плавающую по галактике “темную” черную дыру

Изображение космического телескопа «Хаббл» далекой звезды, которую сделал ярче и исказил невидимый, но очень компактный и тяжелый объект между ней и Землей. Credit: Image courtesy of STScI/NASA/ESA

Если, как считают астрономы, смерть больших звезд оставляет после себя черные дыры, их должно быть сотни миллионов, разбросанных по всей галактике Млечный Путь. Проблема в том, что изолированные черные дыры невидимы.

Об этом рассказывают в Калифорнийском университете в Беркли, передают OstanniPodii.com

Теперь астрономы впервые открыли то, что может быть свободно плавающей черной дырой. Они совершили открытие, наблюдая за увеличением яркости расположенной далее звезды, поскольку ее свет был искажён сильным гравитационным полем объекта — так называемое гравитационное микролинзирование.

Команда под руководством аспиранта Кейси Лем и доцента астрономии Джессики Лу из Калифорнийского университета в Беркли оценила массу невидимого компактного объекта в 1,6-4,4 раза больше массы Солнца. Поскольку астрономы считают, что остаток погибшей звезды должен быть тяжелее 2,2 солнечной массы, чтобы превратиться в черную дыру, исследователи предупреждают, что объект может быть не черной дырой, а нейтронной звездой. Нейтронные звезды также являются плотными, очень компактными объектами, но их гравитация уравновешивается внутренним давлением нейтронов, что предотвращает дальнейший коллапс в черную дыру.

Будь то черная дыра или нейтронная звезда, объект является первым темным звездным остатком – звездой-«призраком», обнаруженной во время ее блуждания галактикой без связи с другой звездой.

«Это первая свободно плавающая черная дыра или нейтронная звезда обнаружена с помощью гравитационного микролинзирования», — сказала Лу. «С помощью микролинзирования мы можем исследовать эти одинокие, компактные объекты и взвешивать их. Я думаю, что мы открыли новое окно к этим тёмным объектам, которые нельзя увидеть никаким другим способом».

Определение количества этих компактных объектов, населяющих галактику Млечный Путь, поможет астрономам понять эволюцию звезд — в частности, как они умирают — и эволюцию нашей галактики, и возможно это покажет, есть ли какие-то из невидимых черных дыр первичными черными дырами, которые на мнение некоторых космологов, были созданы в большом количестве во время Большого взрыва.

Анализ, проведённый командой, был принят к публикации в журнале The Astrophysical Journal Letters. Анализ включает в себя четыре других события микролинзирования, которые, по мнению команды, не были вызваны черной дырой, хотя два из них, вероятно, были вызваны белым карликом или нейтронной звездой. Команда также пришла к выводу, что возможная популяция черных дыр в галактике составляет 200 миллионов – примерно столько, сколько предполагало большинство теоретиков.

Одни и те же данные, разные выводы

Примечательно, что конкурирующая команда из Научного института космического телескопа (STScI) в Балтиморе проанализировала то же событие микролинзирования и утверждает, что масса компактного объекта ближе к 7,1 солнечной массы и, безусловно, является черной дырой. Статья, описывающая анализ, проведенный командой STScI под руководством Кайлаша Саху, была принята к публикации в журнале The Astrophysical Journal.

Обе группы использовали одни и те же данные: фотометрические измерения яркости дальней звезды, свет которой искажался или «линзировался» сверхкомпактным объектом, и астрометрические измерения смещения положения дальней звезды на небе в результате гравитационного искажения линзирующим объектом. Фотометрические данные были получены из двух исследований микролинзирования: «Эксперимент оптического гравитационного линзирования» (OGLE), в котором используется 1,3-метровый телескоп в Чили под управлением Варшавского университета, и эксперимента «Наблюдение микролинзирования в астрофизике» (MOA), использующего 1,8-метровый телескоп в Новой Зеландии под руководством Университета Осаки. Астрометрические данные были получены от космического телескопа «Хаббл». STScI управляет научной программой телескопа и проводит его научные операции.

Поскольку оба исследования микролинзирования поймали один и тот же объект, он имеет два названия: MOA-2011-BLG-191 и OGLE-2011-BLG-0462 (сокращенно OB110462).

Хотя подобные наблюдения ежегодно обнаруживают в галактике Млечный Путь около 2 000 звезд, ставших ярче вследствие микролинзирования, само добавление астрометрических данных позволило двум командам определить массу компактного объекта и его расстояние от Земли. По оценкам группы под руководством Калифорнийского университета, он находится на расстоянии от 2280 до 6260 световых лет (700-1920 парсек) в направлении центра галактики Млечный Путь и вблизи большой выпуклости, окружающей центральную массивную черную дыру галактики.

По оценкам группы STScI, он находится на расстоянии около 5153 световых лет (1580 парсек).

В поисках иголки в стоге сена

Лу и Лем впервые заинтересовались этим объектом в 2020 году после того, как команда STScI пришла к выводу, что пять событий микролинзирования, наблюдаемые «Хабблом», все из которых длились более 100 дней и, следовательно, могли быть черными дырами, могут быть вызваны не компактными объектами.

Лу, занимающаяся поиском свободно плавающих черных дыр с 2008 года, считает, что полученные данные помогут ей лучше оценить их количество в галактике, которое по приблизительным оценкам, составляет от 10 миллионов до 1 миллиарда. До сих пор черные дыры звездного размера были обнаружены только в составе бинарных звездных систем. Черные дыры в бинарных системах можно увидеть либо в рентгеновском излучении, которое образуется, когда материал звезды падает на черную дыру, либо с помощью новейших детекторов гравитационных волн, чувствительных к слиянию двух или более черных дыр. Но такие события случаются редко.

«Мы с Кэйси увидели данные и очень заинтересовались. Мы сказали: Ух ты, никаких черных дыр. Это удивительно, хотя они должны быть», — рассказывает Лу. «И вот мы начали изучать данные. Если бы в данных действительно не было черных дыр, то это не соответствовало бы нашей модели о том, сколько черных дыр должно быть в Млечном Пути. Что-то должно было измениться в нашем понимании черных дыр – или их количество, или скорость движения, или их масса».

Когда Лем проанализировала фотометрию и астрометрию пяти событий микролинзирования, она была удивлена ​​тем, что одно из них, OB110462, имело характеристики компактного объекта: объект линзирования казался темным, а значит, не звездой; звездное увеличение яркости длилось долго, почти 300 дней; искажение положения фоновой звезды также было длительным.

Продолжительность события линзирования была главной наводкой, сказала Лем. В 2020 году она показала, что лучший способ поиска черных дыр-микролинз – это поиск очень длительных событий. По ее словам, только 1% способных к обнаружению событий микролинзирования, скорее всего, исходят из черных дыр, поэтому поиск всех событий будет похож на поиск иголки в стоге сена. Но, по расчетам Лем, около 40% событий микролинзирования, которые длятся более 120 дней, вероятнее всего, являются черными дырами.

«То, как долго длится событие увеличения яркости, говорит о том, насколько массивна линза переднего плана, которая сгибает свет фоновой звезды», — сказала Лем. «Длительные события более вероятны из-за черных дыр. Однако это не гарантия, поскольку продолжительность эпизода увеличения яркости зависит не только от того, насколько массивна линза переднего плана, но и от того, насколько быстро линза переднего плана и фоновая звезда двигаются относительно друг друга. Однако, получив также измерение видимого положения фоновой звезды, мы сможем подтвердить, действительно ли линза переднего плана является черной дырой».

По словам Лу, гравитационное влияние OB110462 на свет фоновой звезды было удивительно длительным. Потребовалось примерно один год, чтобы звезда стала ярче своего пика в 2011 году, а затем около года, чтобы потускнеть до нормального уровня.

Дополнительные данные позволят отличить черную дыру от нейтронной звезды

Чтобы подтвердить, что OB110462 была вызвана сверхкомпактным объектом, Лу и Лем запросили дополнительные астрометрические данные у Хаббла, часть которых поступила в октябре прошлого года. Эти новые данные показали, что изменение положения звезды в результате воздействия гравитационного поля линзы все еще можно наблюдать спустя 10 лет после происшествия. Последующие наблюдения Хаббла за микролинзой предварительно запланированы на осень 2022 года.

Анализ новых данных подтвердил, что OB110462, скорее всего, является черной дырой или нейтронной звездой.

Лу и Лем подозревают, что разные выводы двух групп связаны с тем, что астрометрические и фотометрические данные дают разные оценки относительно движения объекта переднего плана и фонового объекта. Астрометрический анализ также различается между двумя командами. Команда под руководством Калифорнийского университета утверждает, что пока невозможно определить, является объект черной дырой или нейтронной звездой, но они надеются устранить это несоответствие с помощью большего количества данных Хаббла и улучшенного анализа в будущем.

«Как бы нам ни хотелось сказать, что это однозначно черная дыра, мы должны сообщить обо всех допустимых решениях. Сюда входят и черные дыры меньшей массы, и, возможно, даже нейтронная звезда», — сказала Лу.

«Если вы не можете поверить кривой блеска, яркости, то это говорит о чем-то важном. Если вы не верите соотношению положения и времени, это говорит о чем-то важном», – говорит Лем. «Поэтому, если что-то из этого неправильно, мы должны понять почему. Или другой вариант: то, что мы измеряем в обоих наборах данных, верно, но наша модель неверна. Данные фотометрии и астрометрии являются результатом того же физического процесса, что означает, что яркость и положение должны соответствовать друг другу. Значит, там чего-то не хватает».

Обе команды также оценили скорость сверхкомпактного объекта линзирования. Команда Лу/Лэм обнаружила относительно спокойную скорость менее чем 30 км/с. Команда STScI обнаружила необычайно большую скорость, 45 км/с, которую она интерпретировала как результат дополнительного толчка, который предполагаемая черная дыра получила от породившей ее сверхновой.

Лу интерпретирует низкую скорость, полученную ее командой, как потенциальную поддержку новой теории, согласно которой черные дыры не являются результатом сверхновых, как принято считать сегодня, а произошли от неудавшихся сверхновых, которые не повлекли за собой яркого всплеска во Вселенной и не дали толчка образовавшейся черной дыре.

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.

Получено изображение черной дыры в центре нашей Галактики • Алексей Левин • Новости науки на «Элементах» • Черные дыры, Астрофизика

12 мая в шести странах одновременно состоялись заранее анонсированные пресс-конференции участников международной астрономической коллаборации Event Horizon Telescope. На них был продемонстрирован «снимок» черной дыры Sgr A* в центре Млечного Пути, полученный новейшими методами радиоастрономии. Три года назад эта же коллаборация обнародовала портрет сверхмассивной черной дыры в галактике M87. Угловые размеры двух дыр близки, поскольку «наша» черная дыра примерно в 2000 раз ближе и в 1500–2000 раз легче (ее масса составляет примерно четыре миллиона солнечных масс). И хотя Sgr A* находится гораздо ближе, на получение ее изображения потребовалось гораздо больше времени. Основную сложность представляло быстрое вращение вещества вокруг нее, из-за которого картина окрестностей черной дыры постоянно менялась. Учет этих изменений потребовал колоссальных вычислительных усилий.

Международная коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) была основана по инициативе нидерландских астрофизиков Хайно Фалька (Heino Falcke) и Серы Маркофф (Sera Markoff), их гарвардского коллеги Шеперда Дойлмана (Sheperd Doeleman) и других исследователей из различных стран. Ее учредили для сбора детальной радиоастрономической информации о сверхмассивных черных дырах, скрытых в центрах большинства галактик. За несколько лет эта команда значительно расширилась и сейчас насчитывает более трехсот участников из восьми десятков научных центров.

В апреле 2017 года участники коллаборации EHT произвели мониторинг пары компактных космических источников электромагнитного излучения, расположенных в ядрах двух сильно непохожих друг на друга галактик. Один из них, известный как Стрелец А* (Sgr A*), расположен в центре нашей спиральной Галактики, удаленном от Солнца на 27 тысяч световых лет. Все собранные к тому времени астрофизические данные говорили за то, что он представляет собой потоки высокотемпературной плазмы, вращающиеся вокруг черной дыры с массой в 3–4 миллиона солнечных масс и порождающие радиоволны посредством синхротронного излучения. Второй источник пребывает в ядре гигантской эллиптической галактики М87 из созвездия Девы, удаленной от Солнца на 53–55 миллионов световых лет. Аналогичные соображения позволяли предполагать, что там находится черная дыра с массой в несколько миллиардов масс Солнца, тоже окруженная облаком горячего ионизированнного газа.

Весной 2019 года члены коллаборации обнародовали результаты мониторинга радиопотока от галактики М87, которые полностью подтвердили изначальные соображения о его природе. На их основе ученые сконструировали прогремевшее на весь мир изображение черной дыры в его центре (см. Черная дыра галактики M87: портрет в интерьере, «Элементы», 14.04.2019). Обработка наблюдений дыры в центре нашей Галактики заняла куда больше времени, и поэтому ее итоги только сейчас стали достоянием гласности. Полностью они представлены в десяти статьях (шесть основных и четыре дополнительных), опубликованных в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters.

Новые результаты, как и их предшественников, можно с полным основанием считать триумфальным достижением не только новейших методов радиоастрономических наблюдений и их компьютерного анализа, но и социальной и информационной организации крупномасштабных исследовательских проектов в области астрономии и астрофизики. Надо отметить, что их суть отнюдь не в демонстрации существования черных дыр, которое давно не подвергается сомнению. Члены коллаборации EHT оба раза получили именно то, что и намеревались получить с самого начала (вернее, то, что было предсказано на основе общей теорией относительности и теории динамики релятивистской плазмы в сильных гравитационных полях). Участники пресс-конференции в штаб-квартире Южной Европейской обсерватории, расположенной в мюнхенском пригороде Гархинге, особо отмечали, что если бы Альберту Эйнштейну довелось ознакомиться сих заключениями, он бы с радостью улыбался, поскольку они, как и раньше, полностью подтвердили его великую теорию тяготения.

Это обстоятельство, конечно, ни в коей мере не снижает значения данных, опубликованный сейчас и три года назад. Можно с уверенностью сказать, что в близком будущем реализация проекта EHT обещает великое множество ценнейших результатов — возможно, совершенно неожиданных. Простите за напоминание общеизвестной истины — новые эффективные исследовательские технологии всегда расширяют возможности научных исследований.

Теперь немного углубимся в физику. Черные дыры не подают никаких электромагнитных сигналов и выдают свое присутствие в космосе только собственным тяготением. Точнее, речь идет о сигналах, которые можно зарегистрировать с помощью радиотелескопов. Горизонт событий черной дыры в силу чисто квантовых эффектов должен служить источником излучения элементарных частиц, преимущественно фотонов, предсказанного в 1974 году Стивеном Хокингом и носящего его имя. Однако для черных дыр космических масштабов это излучение настолько слабо, что его нельзя детектировать не только современными, но и мыслимыми в обозримом будущем методами.

Сказанное относится только к черным дырам, окруженным пустотой космического вакуума. Однако многие дыры, расположенные в галактических ядрах, окружены кольцами горячей плазмы — так называемыми аккреционными дисками. В соответствии с законами электродинамики, такие диски генерируют мощное синхротронное излучение. Нередко оттуда выбрасываются релятивистские джеты — потоки заряженных частиц, движущиеся с субсветовой скоростью, которые служат еще одним источником фотонов.

Плазменное окружение внутригалактических черных дыр генерирует электромагнитные волны различных частот — от радио до жесткого рентгена. Суммарная мощность излучения дисков сверхмассивных дыр с самой интенсивной аккрецией доходит до 10⁴⁸ эрг/сек. Для сравнения стоит отметить, что полная светимость звездного населения типичной галактики составляет 10⁴⁴ эрг/сек. Поэтому сверхмассивные черные дыры можно исследовать как с помощью радиотелескопов, так и посредством инфракрасной, оптической и рентгеновской аппаратуры. Газовое окружение черных дыр с малой плотностью окружающего вещества светит на десять и более порядков слабее, однако тоже генерирует практически весь спектр электромагнитных волн за исключением гамма-лучей.

Интересно, что ожидаемый результат мониторинга радиоизлучения черных дыр, проведенного коллаборацией EHT, был давно известен. В 1979 году французский астрофизик Жан-Пьер Люмине (Jean-Pierre Luminet) показал, что для отдаленного наблюдателя такая дыра должна выглядеть как светящееся кольцо с асимметрично распределенной яркостью (J. -P. Luminet, 1979. Image of a spherical black hole with thin accretion disk). Оно сформировано из фотонов, которым удалось покинуть свои замкнутые орбиты вокруг горизонта событий черной дыры и уйти в окружающее пространство. Искривление световых лучей вблизи горизонта приводит к появлению внутри кольца более или менее сферического темного пятна — своего рода «тени» черной дыры. Именно такие картинки и видны на снимках, обнародованных только что и в 2019 году.

Эти изображения содержат важную информацию. Теория указывает, что радиус светящегося кольца в первую очередь зависит от массы черной дыры, что позволяет ее оценить с хорошей точностью: из-за эффектов ОТО получается, что радиус «тени» в 2,6 раза больше шварцшильдовского радиуса черной дыры (подробнее об этом см. в задаче Фотонная сфера и «тень» черной дыры). Именно это дважды проделали участники коллаборации EHT. В ходе реализации своего проекта они создали интегрированную сеть из восьми крупных радиообсерваторий, которая действует как исполинский радиотелескоп планетарного размера. Она включает две чилийские обсерватории, APEX и ALMA, пару их партнеров на Гавайских островах, SMA и JCMT, мексиканский 50-метровый радиотелескоп LMT, радиотелескоп IRAM с 30-метровой антенной, расположенный на юге Испании неподалеку от Гранады, субмиллиметровый радиотелескоп SMT на горе Грэм в американском штате Аризона и телескоп SPT на Южном полюсе. Они образовали гигантский радиоинтерферометр, который регистрировал электромагнитные волны длиной 1,3 миллиметра и обеспечивал угловое разрешение порядка 25 дуговых микросекунд. Этого оказалось достаточно как для реконструкции изображений тени черных дыр и их плазменного окружения, так и для определения их масс. Для обработки первичных данных объемом 3,5 петабайт применялись мощные вычислительные комплексы, включая суперкомпьютер немецкого Института радиоастрономии Макса Планка. Кроме того, участники проекта создали уникальную библиотеку компьютерных симуляций черных дыр и их окружения, которые активно использовались и постоянно сравнивались с результатами наблюдений.

Как я уже отметил, планетарный интерферометр коллаборации EHT в апреле 2017 года провел многочасовые наблюдения обеих черных дыр. При этом мониторинг черной дыры в центре Млечного Пути оказался куда более трудоемким, хотя она и расположена примерно в две тысячи раз ближе к Земле, чем дыра в галактике М87. Это объясняется различиями в динамике плазменных потоков в окрестностях этих дыр. Диаметр горизонта событий дыры в галактике М87 в полторы тысячи раз превышает диаметр горизонта нашей «домашней» дыры. Хотя и там, и там частицы плазмы движутся с субсветовыми скоростями, их периоды обращения вокруг дыры различаются примерно в той же пропорции. Для дыры в центре Млечного Пути они измеряются несколькими минутами, а для дыры в ядре М87 — сутками и даже неделями. Поэтому фотонные потоки, достигаюшие Земли от дыры в центре Галактики, за время наблюдений сильно варьировали по структуре и яркости, в то время как излучение от дыры в М87 оставалось достаточно стабильным. Из-за этого обработка данных из центра Галактики потребовала создания новых алгоритмов и компьютерных программ и заняла намного больше времени.

По данным 2019 года, масса дыры в ядре галактики М87 в 6,5±0,7 миллиардов раз превышает массу Солнца. Черная дыра в ядре Млечного Пути куда скромнее, ее масса не превышает четырех миллионов солнечных масс. Эти оценки полностью согласуются с оценками масс этих дыр, которые были ранее получены другими методами, на чем я еще остановлюсь в конце статьи.

Новые результаты дали возможность сравнить данные по фотонному окружению двух черных дыр с весьма различными массами, что позволит лучше понять тонкие детали движения плазменных струй в их окрестности. Результаты такого сравнения, в свою очередь, приблизят разработку общей теории аккреционных дисков сверхмассивных черных дыр в гравитационных полях различной силы.

Конечно, «портреты» всего лишь пары дыр — это не так уж много. Однако коллаборация EHT продолжает работать. В марте она осуществила новую серию наблюдений с участием еще трех телескопов — гренландского GLT, суперсовременной антенной решетки NOEMA во французских Альпах и радиотелескопа с двенадцатиметровой антенной из аризонской обсерватории Китт-Пик. Вероятно, в будущем к коллаборации подключатся и другие установки. В общем, всё только начинается.

Как я отметил, обе черные дыры были открыты довольно давно. Объект Стрелец A* плотно изучается уже свыше тридцати лет методами инфракрасной астрономии. Многолетнее наблюдение звездных орбит в его окрестности позволило убедительно доказать наличие там вращающейся черной дыры с гравитационным полем, соответствующим метрике Керра. Ученые также смогли определить ее массу, которую они оценили приблизительно в четыре миллиона солнечных масс. За это достижение немецкий астрофизик Райнхард Генцель и профессор Калифорнийского университета Андреа Гез получили Нобелевскую премию по физике 2020 года.

На наше счастье, эта дыра сейчас пребывает в спокойном состоянии. Полная мощность ее электромагнитного излучения, так называемая болометрическая светимость, во всех диапазонах не превышает 10³⁶ эрг/сек. Это означает, что она в миллион раз уступает светимости дыры-миллиардника в галактике М87 и всего на два порядка превышает светимость Солнца. Находись такая дыра в другой галактике, коллаборации EHT вряд ли удалось бы ее обнаружить. Масса ее аккреционного диска тоже невелика, скорее всего не более одной сотой процента солнечной массы. Соответственно, масштаб годовой аккреции вещества диска на дыру скорее всего не превышает одной миллионной массы Солнца. Наконец, в отличие от дыры в галактике М87 она лишена джета.

Интересно, что дыра в нашей Галактике замолкла совсем недавно. Всего лишь шесть миллионов лет назад эта черная дыра перешла в довольно активную фазу. От ее тогдашней вспышки осталась ударная волна, которая сейчас распространяется через пространство Галактики со скоростью порядка 3 миллиона километров в час. Она достигнет окрестностей Солнца через 3 миллиона лет.

Наличие в ядре галактики М87 исполинской черной дыры — тоже не новость. Это показали результаты спектрального анализа излучения ионизированного кислорода в ее центре, который был выполнен еще в конце прошлого века. Они продемонстрировали сильное уширение спектральных линий его излучения, которое ясно показало, что в ядре имеется чрезвычайно компактный центр сильнейшего притяжения. Ученые тогда пришли к выводу, что таким центром может быть только черная дыра с массой не менее 3 миллиардов солнечных масс. Позднее, около 2010 года, астрономы пришли к заключению, что эта дыра тянет без малого на шесть с половиной миллиардов масс Солнца. Результаты коллаборации EHT полностью подтвердили и этот вывод.

Источники:
1) Материалы пресс-конференции ESO, посвященной «снимкам» черной дыры Sgr A*.
2) Серия статей The Event Horizon Telescope collaboration, First Sagittarius A* Event Horizon Telescope Results // The Astrophysical Journal Letters. 2022.

Алексей Левин

В Млечном Пути обнаружено

«галактических подземных миров» черных дыр

Снимок центра Млечного Пути, сделанный космическим телескопом Спитцер, где обитают древние черные дыры и мертвые звезды.
(Изображение предоставлено НАСА/JPL-Caltech)

За 13,6-миллиардную историю Млечного Пути сформировались, выросли и в конце концов погибли миллиарды звезд в результате захватывающих взрывов сверхновых. Так где же прячутся все их трупы?

В новом исследовании, опубликованном 25 августа в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества 9В 0006 году астрономы отправились раскапывать эти давно потерянные звездные тела (так сказать). Используя компьютерную симуляцию, команда смоделировала начальное положение миллионов звезд в начале года Млечного Пути (задолго до того, как развились его культовые спиральные рукава), а затем нажала космическую кнопку перемотки вперед, чтобы показать, где могут быть сморщенные остатки этих звезд. оказались после превращения в сверхновую.

Полученная карта выявила «галактическую преисподнюю» из черных дыр, и нейтронных звезд (две формы чрезвычайно плотных звездных остатков), которая скрывается в каждом уголке Млечного Пути, а также далеко за его пределами. По словам исследователей, галактический подземный мир простирается более чем в три раза по высоте самого Млечного Пути, в то время как треть мертвых звезд галактики была выброшена глубоко в космос силой своих собственных взрывов. , чтобы никогда не вернуться.

«Взрывы сверхновых асимметричны, а их остатки выбрасываются с высокой скоростью — до миллионов километров в час», — заявил ведущий автор исследования Дэвид Суини, докторант Сиднейского университета.0005 выписка . «Удивительные 30% объектов были полностью выброшены из галактики».

Изображение видимого Млечного Пути (вверху), наложенное на смоделированное местоположение «подземного мира галактики» (внизу) (Изображение предоставлено Сиднейским университетом)

В своем исследовании группа сосредоточилась на двух типах звездных останков: нейтронные звезды — сверхплотные звездные ядра, которые упаковывают массу Солнца в шар не шире города — и черные дыры, которые представляют собой огромные объекты настолько плотные, что даже свет не может избежать их гравитационного притяжения.

Оба типа объектов формируются, когда у массивных звезд заканчивается топливо, они сбрасывают свои внешние слои газа в результате титанических взрывов сверхновых, когда их ядра коллапсируют внутрь. Если масса умирающей звезды по крайней мере в восемь раз превышает массу земного солнца , рождается нейтронная звезда; если масса звезды превышает 25 масс Солнца, возникает черная дыра.

Астрономы обнаружили оба класса звездных остатков в нашей галактике, но этого недостаточно, чтобы объяснить миллиарды мертвых звезд в прошлом Млечного Пути. Найти эти древние останки сложно по двум основным причинам: во-первых, Млечный Путь значительно изменил форму за последние 13 миллиардов лет, а это означает, что подземный мир галактики не полностью совпадает с нынешним распределением звезд в нашей галактике; и, во-вторых, звезды, которые умирают в результате взрыва сверхновой, могут быть «отброшены» на большие расстояния в случайных направлениях силой взрыва, оказавшись на окраинах галактики или потерявшись в межгалактическом пространстве.

Моделирование, показывающее распределение черных дыр и нейтронных звезд в «подземном мире галактики» (Изображение предоставлено Сиднейским университетом)

Карта, показывающая распределение звезд в видимом Млечном Пути. Спиральные рукава галактики хорошо видны на изображении сверху вниз. (Изображение предоставлено Сиднейским университетом)

Авторы исследования построили компьютерную симуляцию, чтобы учесть эту случайность, а также изменение формы Млечного Пути и многие другие факторы. Их результаты показали, что наибольшая концентрация звездных остатков может быть обнаружена вблизи центра галактики, где сверхмассивная черная дыра оказывает чрезвычайно сильное притяжение. Остатки мертвых звезд дико разбросаны по всем сторонам галактики, что явно противоречит наблюдаемому сегодня спиралевидному распределению звезд.

Истории по теме

«Эти компактные остатки мертвых звезд демонстрируют принципиально иное распределение и структуру по сравнению с видимой галактикой», — добавил Суини.

Команда также обнаружила, что, хотя в галактическом подземном мире содержится лишь приблизительно 1% от общей массы галактики, древние звездные трупы всегда рядом. Ближайший звездный остаток должен находиться всего в 65 световых годах от Солнца — или ближе к нам, чем звезды созвездия Большой Медведицы. Надеемся, что, имея лучшее представление о том, где их искать, космические исследования, такие как текущая миссия Европейского космического агентства Gaia, смогут помочь эксгумировать древних мертвецов галактики в большем количестве, чем когда-либо прежде.

Брэндон был старшим писателем в Live Science с 2017 года, а ранее был штатным писателем и редактором журнала Reader’s Digest. Его статьи публиковались в The Washington Post, CBS.com, на веб-сайте Фонда Ричарда Докинза и в других изданиях. Он имеет степень бакалавра творческого письма в Университете Аризоны, а также несовершеннолетние в области журналистики и медиа-искусства. Больше всего ему нравится писать о космосе, науках о Земле и тайнах Вселенной.

Смотри! Астрономы обнаружили горячий шар плазмы, вращающийся вокруг массивной черной дыры Млечного Пути

Сердце Млечного Пути

Этому пузырю требуется около часа, чтобы обернуться вокруг черной дыры.

Сотрудничество EHT, ESO/M. Kornmesser (Благодарность: M. Wielgus)

Дорис Элин Уррутия

22 сентября 2022 г.

Сверхмассивная черная дыра, скрывающаяся под номером в центре Млечного Пути, стала свидетелем мощных вспышек, и появились новые доказательства. его окружает странная капля, летящая в космосе со скоростью, равной 30 процентам скорости света.

Благодаря новаторскому телескопу Event Horizon Telescope (EHT) астрономы могут глубже заглянуть в черную дыру массой 4 миллиона солнечных в ядре нашей галактики под названием Стрелец A* (Sgr A*). Последний взгляд на эту неотразимую научную цель был опубликован в четверг в журнале Astronomy & Astrophysics , и он выявил быстро летящую горячую точку, а также новую информацию о таинственных вспышках, которые взрываются вокруг черной дыры. Явления помогают ученым узнать больше о том, что за кулисами хаоса черной дыры, и сами по себе увлекательны.

Вот некоторая пища для размышлений: газовый диск, окружающий Sgr A*, виден в небе размером, сравнимым с размером апельсина на поверхности Луны, если смотреть с Земли. Теперь представьте себе грейпфрут в два раза больше апельсина, и вы получите примерный орбитальный размер этого пузыря. Это только видимый размер; модели предполагают, что радиус орбиты пузыря аналогичен радиусу орбиты Меркурия вокруг Солнца. Чтобы представить скорость капли в перспективе, представьте себе, что Меркурий совершает один оборот вокруг Солнца за колоссальные 70 минут вместо обычного трехмесячного путешествия.

Что они нашли — «Что будет раньше — пузырь или вспышка — может быть вопрос типа курицы или яйца», — Мациек Вильгус, астрофизик из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германия, руководившая новой работой, сообщает Inverse . Вилгус был частью группы EHT, которая сделала завораживающее первое изображение Sgr A* в мае 2022 года.

«Наши результаты, кажется, показывают, что вспышка появляется первой, и благодаря этому мощному выбросу энергии магнитного поля в плазму, это создает горячие точки или пузыри», — добавляет он. Плазма — это состояние материи, возникающее, когда мощные силы нагревают материал за пределами газовой стадии.

Вспышки на Солнце, подобные тем, которые появляются сейчас чаще, когда Солнце пробуждается в наиболее активной части своего 11-летнего цикла, напоминают взрывы, которые производит сверхмассивная черная дыра. «Механизм, благодаря которому, как мы полагаем, происходит вспышка [черной дыры], — это магнитное пересоединение», — говорит Вилгус. «И в основном это похоже на происхождение вспышек на поверхности Солнца».

«Однако существует большая разница в геометрии, свойствах плазмы и общей потребляемой мощности», — добавляет он. Тем не менее, только потому, что Sgr A * намного превосходит Солнце, не означает, что он титан среди своих сверстников.

«Хотя Sgr A* имеет массу около 4 миллионов Солнц, — говорит Вилгус, — он излучает с мощностью около 100 Солнц, что на самом деле очень не впечатляет для сверхмассивной черной дыры!»

Тот факт, что Sgr A* слаб по стандартам черной дыры, может вызвать вздох облегчения. Это, в конце концов, на нашем космическом заднем дворе. Она находится на расстоянии 27 000 световых лет, но, тем не менее, в двух шагах по меркам Вселенной.

Эта кроткая сверхмассивная черная дыра, тем не менее, способна к изменчивой активности. И новое исследование помогает прояснить, почему возникают эти вспышки и пузырь.

Почему это важно — Соавтор Моника Мосьцибродска из Университета Радбуд в Нидерландах заявила в четверг в заявлении Европейской южной обсерватории (ESO), что теперь у них есть «убедительные доказательства» того, что эти вспышки происходят из магнитные взаимодействия, когда очень горячий газ движется по орбите близко к Sgr A*.

Их объяснение этих вспышек и горячих точек состоит в том, что, когда линия магнитного поля от черной дыры снова соединяется (как это происходит на поверхности Солнца), событие очень быстро высвобождает много энергии. Это врезается в часть газа вокруг черной дыры, нагревает его и образует то, что Вилгус описывает как «пузырь плазмы с низкой плотностью и очень высокой температурой».

Широкоугольный снимок центра Млечного Пути в видимом свете. ESO и оцифрованный обзор неба 2. Благодарность: Davide De Martin и S. Guisard (www.eso.org/~sguisard)

Что они сделали — Пузырь — это захватывающее открытие, основанное на фрагменте данных, выпадающих из нормы.

Новое исследование основано на наблюдениях с Большой миллиметровой/субмиллиметровой решетки Атакамы (ALMA), название которой происходит от чилийской пустыни, где она была построена. Этим сайтом управляет ESO, опубликовавшая анонс новой работы. Вилгус говорит, что ALMA наблюдала Sgr A* для EHT 6 и 7 апреля 2017 года, а затем, через несколько дней, ALMA снова наблюдала черную дыру. Но эти данные от 11 апреля не были включены в первое изображение Стрельца А*.

«Мы избегали использовать третий день с ALMA [11 апреля] для результатов EHT именно потому, что мы знали, что в этот день была рентгеновская вспышка, и мы видели некоторые признаки повышенной изменчивости источника, — говорит Вилгус. «Поэтому, вероятно, не подходит для реконструкции статического среднего изображения».

Это то, что EHT показал 12 мая 2022 года. Команда создала основное изображение, усреднив тысячи изображений. Он сохраняет общие черты и подавляет те, которые проявляются нечасто.

Что дальше — Думайте о сказочном майском снимке 2022 года как о портретной картине, которая, по словам Вилгуса, «показала нам Sgr A* в тихий мирный день». Новая работа захватывающая, потому что это яркий скриншот динамичной сцены. С этим «взглядом на вспыхивающий Sgr A*» появляется возможность конкретизировать лучшую модель сверхмассивной черной дыры.

Рентгеновские данные рентгеновской обсерватории Чандра НАСА в космосе и инфракрасные данные прибора GRAVITY с очень большим телескопом-интерферометром (VLTI) в Чили ранее обнаружили вспышки. Но теперь, когда доступны новые радионаблюдения из недавнего исследования, это дает новый слой, который могут исследовать ученые.

Будем надеяться, что все это позволит получить четкое представление о сердце Млечного Пути, которое ранее было невозможно получить.

Связанные теги

• Астрономия
• Space Science

Соответствует:

Астрономы обнаруживают пузырь с горячим газом. /submmillimeter Array (ALMA), астрономы обнаружили признаки «горячей точки», вращающейся вокруг черной дыры Стрельца A* в центре нашей галактики. Открытие помогает нам лучше понять загадочную и динамичную среду нашей сверхмассивной черной дыры.

“ Мы думаем, что наблюдаем горячий пузырь газа, проносящийся вокруг Стрельца A* на орбите, по размеру схожей с орбитой планеты Меркурий, но совершающей полный оборот всего за 70 минут. Для этого требуется умопомрачительная скорость около 30% скорости света! », — говорит Мацек Вильгус из Института радиоастрономии Макса Планка в Бонне, Германия, который руководил исследованием, опубликованным сегодня в журнале Astronomy & Astrophysics .

Наблюдения проводились с помощью ALMA в чилийских Андах — радиотелескопа, находящегося в совместном владении Европейской южной обсерватории (ESO) — во время кампании Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration по получению изображений черных дыр. В апреле 2017 года EHT соединил восемь существующих радиотелескопов по всему миру, включая ALMA, в результате чего недавно было опубликовано первое в истории изображение Стрельца A*. Для калибровки данных EHT Вилгус и его коллеги, которые являются членами EHT Collaboration, использовали данные ALMA, записанные одновременно с наблюдениями EHT Стрельца A*. К удивлению команды, в измерениях, проведенных только с помощью ALMA, оказалось больше подсказок о природе черной дыры.

Случайно некоторые наблюдения были сделаны вскоре после того, как из центра нашей галактики произошел всплеск или вспышка рентгеновской энергии, которая была обнаружена космическим телескопом НАСА «Чандра». Эти виды вспышек, ранее наблюдаемые с помощью рентгеновских и инфракрасных телескопов, как полагают, связаны с так называемыми «горячими точками» — пузырями горячего газа, которые вращаются очень быстро и близко к черной дыре.

“ Что действительно ново и интересно, так это то, что такие вспышки до сих пор явно присутствовали только в рентгеновских и инфракрасных наблюдениях Стрельца А*. Здесь мы впервые видим очень сильное указание на то, что орбитальные горячие точки также присутствуют в радионаблюдениях 9 .0068», — говорит Вилгус, который также связан с Астрономическим центром Николая Коперника в Польше и инициативой «Черная дыра» Гарвардского университета в США.

« Возможно, эти горячие точки, обнаруженные в инфракрасном диапазоне, являются проявлением одного и того же физического явления: когда горячие точки, излучающие инфракрасное излучение, остывают, они становятся видимыми в более длинных волнах, как те, которые наблюдались ALMA и EHT », — добавляет Джесси Вос, аспирант Университета Радбауд, Нидерланды, который также принимал участие в этом исследовании.

Долгое время считалось, что вспышки возникают в результате магнитных взаимодействий в очень горячем газе, вращающемся очень близко к Стрельцу A*, и новые данные подтверждают эту идею. «Теперь мы находим убедительные доказательства магнитного происхождения этих вспышек, и наши наблюдения дают нам представление о геометрии процесса. Новые данные чрезвычайно полезны для построения теоретической интерпретации этих событий», — говорит соавтор Моника Моськибродска из Университета Радбауд.

ALMA позволяет астрономам изучать поляризованное радиоизлучение Стрельца A*, которое можно использовать для раскрытия магнитного поля черной дыры. Команда использовала эти наблюдения вместе с теоретическими моделями, чтобы узнать больше о формировании горячей точки и окружающей среде, в которую она встроена, включая магнитное поле вокруг Стрельца A*. Их исследование дает более сильные ограничения на форму этого магнитного поля, чем предыдущие наблюдения, помогая астрономам раскрыть природу нашей черной дыры и ее окружения.

Наблюдения подтверждают некоторые из предыдущих открытий, сделанных инструментом GRAVITY на Очень Большом Телескопе ESO (VLT), который ведет наблюдения в инфракрасном диапазоне. Данные GRAVITY и ALMA предполагают, что вспышка возникает из-за скопления газа, вращающегося вокруг черной дыры со скоростью около 30% скорости света в небе по часовой стрелке, при этом орбита горячей точки почти направлена ​​вперед. .

» В будущем мы должны быть в состоянии отслеживать горячие точки на разных частотах, используя скоординированные многоволновые наблюдения с помощью GRAVITY и ALMA — успех такой попытки станет настоящей вехой для нашего понимания физики вспышек в центре Галактики. , », — говорит Иван Марти-Видаль из Университета Валенсии в Испании, соавтор исследования.

Команда также надеется, что сможет напрямую наблюдать за сгустками газа на орбите с помощью EHT, чтобы приблизиться к черной дыре и узнать о ней больше. « Надеюсь, однажды нам будет удобно сказать, что мы «знаем», что происходит в Стрельце A* », — заключает Вилгус.

Дополнительная информация

Это исследование было представлено в статье «Орбитальное движение вблизи Стрельца A* – ограничения по поляриметрическим наблюдениям ALMA», которая появится в Астрономия и астрофизика (https://www.aanda.org/10.1051/0004-6361/202244493).

В состав группы входят М. Вильгус (Институт радиоастрономии им. Макса Планка, Германия [MPIfR]; Астрономический центр Николая Коперника, Польская академия наук, Польша; Инициатива черной дыры Гарвардского университета, США [BHI]), М. Москибродска (кафедра астрофизики, Университет Радбауд, Нидерланды [Радбауд]), Дж. Вос (Радбуд), З. Геллес (Центр астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт, США и BHI), И. Марти-Видаль (Университет Валенсии). , Испания), Дж. Фарах (Обсерватория Лас-Кумбрес, США; Калифорнийский университет, Санта-Барбара, США), Н. Марчили (Итальянский региональный центр ALMA, INAF-Istituto di Radioastronomia, Италия и MPIfR), К. Годди (Dipartimento di Fisica, Università degli Studi di Cagliari, Италия и Universidade de São Paulo, Бразилия), и H. Messias (Объединенная обсерватория ALMA, Чили).

Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама (ALMA), международная астрономическая установка, является партнерством ESO, Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии в сотрудничестве с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO от имени государств-членов, NSF в сотрудничестве с Национальным исследовательским советом Канады (NRC) и Министерством науки и технологий (MOST), а также NINS в сотрудничестве с Academia Sinica (AS) на Тайване. и Корейский институт астрономии и космических наук (KASI). Строительством и эксплуатацией ALMA руководит ESO от имени своих государств-членов; Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO), управляемой Associated Universities, Inc. (AUI) от имени Северной Америки; и Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ) от имени Восточной Азии. Объединенная обсерватория ALMA (JAO) обеспечивает единое руководство и управление строительством, вводом в эксплуатацию и эксплуатацией ALMA.

Европейская южная обсерватория (ESO) позволяет ученым всего мира открывать тайны Вселенной на благо всех. Мы проектируем, строим и эксплуатируем наземные обсерватории мирового класса, которые астрономы используют для решения интересных вопросов и распространения интереса к астрономии, а также способствуем международному сотрудничеству в области астрономии. Основанная как межправительственная организация в 1962 году, сегодня ESO поддерживается 16 государствами-членами (Австрия, Бельгия, Чехия, Дания, Франция, Финляндия, Германия, Ирландия, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и Соединенное Королевство), а также принимающее государство Чили и Австралия в качестве стратегического партнера. Штаб-квартира ESO и ее центр для посетителей и планетарий ESO Supernova расположены недалеко от Мюнхена в Германии, а в чилийской пустыне Атакама, чудесном месте с уникальными условиями для наблюдения за небом, установлены наши телескопы. ESO управляет тремя наблюдательными пунктами: Ла Силья, Параналь и Чайнантор. На Паранале ESO использует Очень Большой Телескоп и его Интерферометр Очень Большого Телескопа, а также два обзорных телескопа: VISTA, работающую в инфракрасном диапазоне, и обзорный телескоп VLT, работающий в видимом свете. Также на Паранале ESO разместит и будет эксплуатировать Черенковский телескоп Юг, крупнейшую в мире и наиболее чувствительную гамма-обсерваторию. Вместе с международными партнерами ESO управляет APEX и ALMA на Чайнанторе, двумя объектами, которые наблюдают за небом в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. В Серро Армазонес, недалеко от Параналя, мы строим «самое большое в мире око неба» — Чрезвычайно Большой Телескоп ESO. Из наших офисов в Сантьяго, Чили, мы поддерживаем нашу деятельность в стране и взаимодействуем с чилийскими партнерами и обществом.

Ссылки

• Исследовательская работа
• Фотографии ALMA
• Пресс-релиз о первом изображении нашей черной дыры
• Для журналистов: подпишитесь, чтобы получать наши выпуски под эмбарго на вашем языке
• Для ученых: есть история? Предложите свое исследование

Контакты

Maciek Wielgus
Радиоастрономический институт им. Макса Планка
Bonn, Germany
Тел.: +48 602417268
Электронная почта: [email protected]

Monika Mościbrodzka
Radboud University
Nijmegen, Нидерланды
Тел. : +31-24-36-52485
Электронная почта: [email protected]

Иван Марти Видаль
Университет Валенсии
Валенсия, Испания
Тел.: +34 963 543 078
Электронная почта: [email protected]

Джесси Вос
Radboud University
Неймеген, Нидерланды
Мобильный телефон: +31 6 34008019
Электронная почта: [email protected]

Барбара Феррейра
Медиа-менеджер ESO
Гархинг-бай-Мюнхен, Германия
Сотовый: +49 151 241 664 00
Электронная почта: [email protected]

Свяжитесь с ESO в социальных сетях

Использование изображений, видео, веб-текстов и музыки ESO
Вы журналист? Подпишитесь на информационный бюллетень ESO Media на вашем языке.

Сверхмассивная черная дыра Млечного Пути имеет горячую точку

Астрономы обнаружили яркую «горячую точку», вращающуюся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь, Стрельца A* (Sgr A*).

Команда исследователей считает, что «горячая точка» может быть пузырем горячего газа на орбите Sgr A* со скоростью 30% скорости света. Открытие может помочь астрономам и астрофизикам лучше понять агрессивную среду в центре Млечного Пути и, в частности, вокруг Стрельца A*.

«Мы думаем, что наблюдаем горячий пузырь газа, проносящийся вокруг Sgr A* на орбите, по размеру схожей с орбитой планеты Меркурий , но совершающей полный оборот всего за 70 минут», — Мациек Вилгус, Об этом заявил астрофизик из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии.Выписка 0005 (откроется в новой вкладке). «Для этого требуется умопомрачительная скорость около 30% скорости света!»

Связанные : Первая фотография чудовищной черной дыры Млечного Пути, объясненная на изображениях

Стрелец A*, как видно из Event Horizon Collaboration (EHT) с иллюстрацией горячей точки, замеченной астрономами. (Изображение предоставлено EHT Collaboration, ESO/M. Kornmesser (Благодарность: M. Wielgus))0005 ALMA ), состоящий из 66 радиоантенн, разбросанных по пустыне Атакама на севере Чили, в рамках совместной работы Event Horizon Telescope (EHT) по изображению черных дыр .

Наряду с другими телескопами EHT, ALMA начала наблюдать сверхмассивных черных дыр в 2017 году. Это привело к первому в истории изображению черной дыры , опубликованному в 2019 году, на котором изображена сверхмассивная черная дыра в центре галактика Мессье 87 (М87). Ранее в этом году та же коллаборация представила первое изображение Sgr A*.

Но ALMA записала дополнительные данные одновременно с EHT-наблюдениями Sgr A*. Вельгус и его команда нашли в этих данных подсказки о природе Sgr A* и его окружения, скрытые в измерениях, сделанных только ALMA.

Это открытие было сделано потому, что ALMA собрала некоторые данные после вспышки или вспышки рентгеновского излучения в сердце Млечного Пути, обнаруженной рентгеновской обсерваторией НАСА Чандра . Ученые ранее связывали вспышки, подобные этой, с магнитными взаимодействиями в пузырях горячего газа, которые вращаются вокруг Sgr A* на высоких скоростях.

«Что действительно ново и интересно, так это то, что такие вспышки до сих пор четко присутствовали только в рентгеновских и инфракрасных наблюдениях Стрельца А*», — сказал Вилгус. «Здесь мы впервые видим очень сильное указание на то, что орбитальные горячие точки также присутствуют в радионаблюдениях».

Команда предполагает, что горячие точки, обнаруженные в инфракрасном диапазоне, могут быть результатом пузырьков газа, которые становятся видимыми в более длинных волнах света (как те, что видит ALMA), когда они остывают.

«Теперь мы нашли убедительные доказательства магнитного происхождения этих вспышек, и наши наблюдения дают нам представление о геометрии процесса», — сказала Моника Моськибродска, член коллаборационной группы EHT и астрофизик из Университета Радбауд в Нидерландах. такое же заявление. «Новые данные чрезвычайно полезны для построения теоретической интерпретации этих событий».

Используя ALMA, астрономы и астрофизики могут изучать поляризованное излучение радиоволн Sgr A*, которое они могут использовать для исследования магнитного поля, окружающего сверхмассивную черную дыру. Ученые надеются, что новое исследование может помочь в этом исследовании, лучше ограничивая форму этого магнитного поля и детали окружения Sgr A*.

Кроме того, результаты помогают подтвердить предыдущие исследования, основанные на данных прибора GRAVITY на Очень Большом Телескопе (VLT) в Чили, из которых следует, что рентгеновские вспышки исходят от сгустков газа, вращающихся по часовой стрелке вокруг черных дыр на 30% скорость света.

Связанные истории:

Теперь команда надеется, что и GRAVITY, и ALMA смогут отслеживать эти горячие точки в нескольких длинах волн света, что может стать важной вехой в понимании физики вспышек в центре Млечного Пути и что построен на прямых наблюдениях Sgr A* и его окружения с помощью EHT.

«Надеюсь, однажды нам будет удобно сказать, что мы „знаем“, что происходит в Sgr A*», — заключил Вилгус.

Статья с подробным изложением выводов группы опубликована в сентябрьском номере журнала Astronomy & Astrophysics .

Следуйте за нами в Twitter @ Spacedotcom и на Facebook .  

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Роберт Ли – научный журналист из Великобритании, чьи статьи были опубликованы в журналах Physics World, New Scientist, Astronomy Magazine, All About Space, Newsweek и ZME Science. Он также пишет о научной коммуникации для Elsevier и European Journal of Physics. Роб имеет степень бакалавра наук в области физики и астрономии Открытого университета Великобритании. Подпишитесь на него в Твиттере @sciencef1rst.

астрономов показали первое изображение черной дыры в центре нашей галактики

eso2208-eht-mw — Научный выпуск

12 мая 2022

Сегодня на одновременных пресс-конференциях по всему миру, в том числе в штаб-квартире Европейской южной обсерватории (ESO) в Германии, астрономы представили первое изображение сверхмассивной черной дыра в центре нашей собственной галактики Млечный Путь. Этот результат предоставляет убедительные доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и дает ценные сведения о работе таких гигантов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик. Изображение было создано глобальной исследовательской группой под названием Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration с использованием наблюдений всемирной сети радиотелескопов.

Это долгожданное изображение массивного объекта, находящегося в самом центре нашей галактики. Ранее ученые видели звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и очень массивного в центре Млечного Пути. Это убедительно свидетельствует о том, что этот объект, известный как Стрелец A* (Sgr A*, произносится как «sadge-ay-star»), является черной дырой, и сегодняшнее изображение дает первое прямое визуальное свидетельство этого.

Хотя мы не можем видеть саму черную дыру, потому что она совершенно темная, светящийся газ вокруг нее дает характерный признак: темную центральную область (называемую тенью), окруженную яркой кольцеобразной структурой. Новый вид фиксирует свет, искривленный мощной гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца.

» Мы были ошеломлены тем, насколько точно размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна, «, — сказал ученый проекта EHT Джеффри Бауэр из Института астрономии и астрофизики Академии Синика, Тайбэй. » Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в самом центре нашей галактики, и предлагают новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением. «Результаты команды EHT публикуются сегодня в специальном выпуске Письма из Астрофизического Журнала .

Поскольку черная дыра находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли, нам кажется, что в небе она имеет примерно такой же размер, как пончик на Луне. Чтобы получить его изображение, команда создала мощный EHT, который соединил восемь существующих радиообсерваторий по всей планете, чтобы сформировать единый виртуальный телескоп размером с Землю [1]. EHT наблюдал Sgr A * несколько ночей в 2017 году, собирая данные в течение многих часов подряд, подобно использованию длинной выдержки на камере.

В дополнение к другим объектам, сеть радиообсерваторий EHT включает Атакамскую большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку (ALMA) и Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) в пустыне Атакама в Чили. от имени своих государств-членов в Европе. Европа также вносит свой вклад в наблюдения EHT с помощью других радиообсерваторий — 30-метрового телескопа IRAM в Испании и, с 2018 года, Северного расширенного миллиметрового массива (NOEMA) во Франции — а также суперкомпьютера для объединения данных EHT, размещенных Максом Планком. Институт радиоастрономии в Германии. Кроме того, Европа внесла свой вклад в проект консорциума EHT посредством грантов Европейского исследовательского совета и Общества Макса Планка в Германии.

« Очень волнительно, что ESO играет столь важную роль в разгадке тайн черных дыр, и в частности Sgr A*, на протяжении стольких лет, », — прокомментировал генеральный директор ESO Ксавьер Барконс. « ESO не только внесла свой вклад в наблюдения EHT с помощью установок ALMA и APEX, но также позволила другим своим обсерваториям в Чили провести некоторые из предыдущих прорывных наблюдений галактического центра. ”[2] 

Достижение EHT следует за достижением сотрудничества в 2019 году.выпуск первого изображения черной дыры, названной M87*, в центре более далекой галактики Мессье 87.

Две черные дыры выглядят удивительно похожими, хотя черная дыра нашей галактики более чем в тысячу раз меньше и менее массивна, чем M87* [3]. « У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр, но вблизи края этих черных дыр они выглядят удивительно похожими, », — говорит Сера Маркофф, сопредседатель Научного совета EHT и профессор теоретической астрофизики в Университете Амстердама, Нидерланды».0067 Это говорит нам о том, что общая теория относительности управляет этими объектами вблизи, и любые различия, которые мы видим дальше, должны быть связаны с различиями в материале, окружающем черные дыры. ” 

Это достижение было значительно сложнее, чем для M87*, хотя Sgr A* гораздо ближе к нам. Ученый EHT Чи-Кван (ЧК) Чан из Обсерватории Стюарда и Департамента астрономии и Института науки о данных Университета Аризоны, США, объясняет: « Газ в окрестностях черных дыр движется с той же скоростью — почти со скоростью света — вокруг Sgr A* и M87*. Но там, где газу требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы совершить оборот вокруг большего M87*, в гораздо меньшем Sgr A* он совершает полный оборот за считанные минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро менялись, пока коллаборация EHT наблюдала за ним — что-то вроде попытки сделать четкий снимок щенка, быстро гоняющегося за своим хвостом. ” 

Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, которые учитывали бы движение газа вокруг Sgr A*. В то время как M87* была более легкой и устойчивой целью, и почти все изображения выглядели одинаково, это не относится к Sgr A*. Изображение черной дыры Sgr A* представляет собой среднее значение различных изображений, извлеченных командой, и, наконец, впервые показывает гиганта, скрывающегося в центре нашей галактики.

Работа стала возможной благодаря изобретательности более 300 исследователей из 80 институтов по всему миру, которые вместе составляют коллаборацию EHT. В дополнение к разработке сложных инструментов для решения проблем с визуализацией Sgr A*, команда усердно работала в течение пяти лет, используя суперкомпьютеры для объединения и анализа своих данных, одновременно собирая беспрецедентную библиотеку смоделированных черных дыр для сравнения с наблюдениями.

Ученые особенно взволнованы тем, что наконец-то получили изображения двух черных дыр очень разных размеров, что дает возможность понять, как они сравниваются и контрастируют. Они также начали использовать новые данные для проверки теорий и моделей поведения газа вокруг сверхмассивных черных дыр. Этот процесс еще не до конца изучен, но считается, что он играет ключевую роль в формировании и эволюции галактик.

» Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как работает этот важный процесс.0068», — сказал ученый EHT Кейичи Асада из Института астрономии и астрофизики Академии Синика, Тайбэй. « У нас есть изображения двух черных дыр — одного на большом конце и одного на маленьком конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной — так что мы можем пойти гораздо дальше в тестировании того, как гравитация ведет себя в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде. »  

Прогресс в области EHT продолжается: в марте 2022 года в крупную наблюдательную кампанию было включено больше телескопов, чем когда-либо прежде. Продолжающееся расширение сети EHT и значительные технологические обновления позволят ученым в ближайшем будущем делиться еще более впечатляющими изображениями и видеороликами черных дыр.

Примечания

[1] Отдельными телескопами, участвовавшими в EHT в апреле 2017 г. , когда проводились наблюдения, были: Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакамы (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30- метровый телескоп, Телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано (LMT), Субмиллиметровая решетка (SMA), Субмиллиметровый телескоп UArizona (SMT), Телескоп Южного полюса (SPT). С тех пор EHT добавила к своей сети Гренландский телескоп (GLT), Северную расширенную миллиметровую решетку (NOEMA) и 12-метровый телескоп UArizona на Китт-Пик.

ALMA является партнерством Европейской южной обсерватории (ESO; Европа, представляющая государства-члены), Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии вместе с Национальным исследовательским советом. (Канада), Министерством науки и технологий (МОСТ; Тайвань), Институтом астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA; Тайвань) и Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI; Республика Корея) в сотрудничестве с Республикой Корея. Чили. Объединенная обсерватория ALMA управляется ESO, Associated Universities, Inc./Национальной радиоастрономической обсерваторией (AUI/NRAO) и Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ). APEX, результат сотрудничества между Институтом радиоастрономии им. Макса Планка (Германия), Космической обсерваторией Онсала (Швеция) и ESO, управляется ESO. 30-метровый телескоп управляется IRAM (партнерскими организациями IRAM являются MPG [Германия], CNRS [Франция] и IGN [Испания]). JCMT управляется Восточноазиатской обсерваторией от имени Национальной астрономической обсерватории Японии; АЗИЯА; КАСИ; Национальный институт астрономических исследований Таиланда; Центр астрономической меганауки и организации в Соединенном Королевстве и Канаде. LMT эксплуатируется INAOE и UMass, SMA эксплуатируется Центром астрофизики | Harvard & Smithsonian и ASIAA, а также UArizona SMT находятся в ведении Университета Аризоны. SPT управляется Чикагским университетом со специализированным оборудованием EHT, предоставленным Аризонским университетом.

Гренландский телескоп (GLT) управляется ASIAA и Смитсоновской астрофизической обсерваторией (SAO). GLT является частью проекта ALMA-Taiwan и частично поддерживается Academia Sinica (AS) и MOST. NOEMA находится в ведении IRAM, а 12-метровый телескоп UArizona в Китт-Пик находится в ведении Университета Аризоны.

[2] Прочная основа для интерпретации этого нового изображения была обеспечена предыдущими исследованиями, проведенными на Sgr A*. Астрономам известен яркий плотный радиоисточник в центре Млечного Пути в направлении созвездия Стрельца с 19 века.70-е годы. Измеряя орбиты нескольких звезд очень близко к нашему галактическому центру в течение 30 лет, группы под руководством Райнхарда Генцеля (директор Института внеземной физики имени Макса-Планка в Гархинге недалеко от Мюнхена, Германия) и Андреа М. Гез (профессор на кафедре физики и астрономии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, США) смогли сделать вывод, что наиболее вероятным объяснением объекта такой массы и плотности является сверхмассивная черная дыра. Оборудование ESO (в том числе Очень Большой Телескоп и Интерферометр Очень Большого Телескопа) и обсерватория Кека использовались для проведения этого исследования, которое было удостоено Нобелевской премии по физике 2020 года.

[3] Черные дыры — единственные известные нам объекты, масса которых зависит от размера. Черная дыра в тысячу раз меньше другой и в тысячу раз менее массивна.

Дополнительная информация

Это исследование было представлено в шести статьях, опубликованных сегодня в The Astrophysical Journal Letters .

В коллаборации EHT участвуют более 300 исследователей из Африки, Азии, Европы, Северной и Южной Америки. Целью международного сотрудничества является получение самых подробных изображений черных дыр, когда-либо полученных путем создания виртуального телескопа размером с Землю. При поддержке значительных международных усилий EHT связывает существующие телескопы с использованием новых технологий, создавая принципиально новый инструмент с самой высокой разрешающей способностью, которая когда-либо была достигнута.

Консорциум EHT состоит из 13 заинтересованных институтов; Институт астрономии и астрофизики Academia Sinica, Аризонский университет, Центр астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт, Чикагский университет, Восточноазиатская обсерватория, Университет Гёте во Франкфурте, Миллиметрический институт радиоастрономии, Большой миллиметровый телескоп, Радиоастрономический институт им. Макса Планка, Массачусетский технологический институт обсерватории Хейстек, Национальная астрономическая обсерватория Японии, Институт теоретической физики периметра и Университет Рэдбауд.

Большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка Атакама (ALMA), международная астрономическая установка, является партнерством ESO, Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии в сотрудничестве с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO от имени государств-членов, NSF в сотрудничестве с Национальным исследовательским советом Канады (NRC) и Министерством науки и технологий (MOST), а также NINS в сотрудничестве с Academia Sinica (AS) на Тайване. и Корейский институт астрономии и космических наук (KASI). Строительством и эксплуатацией ALMA руководит ESO от имени своих государств-членов; Национальной радиоастрономической обсерваторией (NRAO), управляемой Associated Universities, Inc. (AUI) от имени Северной Америки; и Национальной астрономической обсерваторией Японии (NAOJ) от имени Восточной Азии. Объединенная обсерватория ALMA (JAO) обеспечивает единое руководство и управление строительством, вводом в эксплуатацию и эксплуатацией ALMA.

APEX, Atacama Pathfinder EXperiment, представляет собой телескоп диаметром 12 метров, работающий на миллиметровых и субмиллиметровых длинах волн — между инфракрасным светом и радиоволнами. ESO использует APEX в одной из самых высоких обсерваторий на Земле, на высоте 5100 метров, высоко на плато Чахнантор в чилийском регионе Атакама. Телескоп является результатом сотрудничества Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR), Космической обсерватории Онсала (OSO) и ESO.

Европейская южная обсерватория (ESO) позволяет ученым всего мира открывать тайны Вселенной на благо всех. Мы проектируем, строим и эксплуатируем наземные обсерватории мирового класса, которые астрономы используют для решения интересных вопросов и распространения интереса к астрономии, а также способствуем международному сотрудничеству в области астрономии. Создана как межправительственная организация в 1962, сегодня ESO поддерживают 16 государств-членов (Австрия, Бельгия, Чехия, Дания, Франция, Финляндия, Германия, Ирландия, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Испания, Швеция, Швейцария и Великобритания), а также с принимающим государством Чили и с Австралией в качестве стратегического партнера. Штаб-квартира ESO и ее центр для посетителей и планетарий ESO Supernova расположены недалеко от Мюнхена в Германии, а в чилийской пустыне Атакама, чудесном месте с уникальными условиями для наблюдения за небом, установлены наши телескопы. ESO управляет тремя наблюдательными пунктами: Ла Силья, Параналь и Чайнантор. На Паранале ESO использует Очень Большой Телескоп и его Интерферометр Очень Большого Телескопа, а также два обзорных телескопа: VISTA, работающую в инфракрасном диапазоне, и обзорный телескоп VLT, работающий в видимом свете. Также на Паранале ESO разместит и будет эксплуатировать Черенковский телескоп Юг, крупнейшую в мире и наиболее чувствительную гамма-обсерваторию. Вместе с международными партнерами ESO управляет APEX и ALMA на Чайнанторе, двумя объектами, которые наблюдают за небом в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. В Серро Армазонес, недалеко от Параналя, мы строим «самое большое в мире око неба» — Чрезвычайно Большой Телескоп ESO. Из наших офисов в Сантьяго, Чили, мы поддерживаем нашу деятельность в стране и взаимодействуем с чилийскими партнерами и обществом.

Ссылки

• Пресс-конференция и вопросы и ответы на YouTube
• Основные документы:
  • Документ I: Тень сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути
  • Документ II: EHT и многоволновые наблюдения, обработка данных и калибровка
  • Документ III: Изображение сверхмассивной черной дыры в центре Галактики
  • Документ IV: Изменчивость, морфология и масса черной дыры
  • Документ V: Тестирование астрофизических моделей черной дыры 9 в центре Галактики0124
  • Документ VI: Тестирование метрики черной дыры
• Дополнительные документы:
  • Выборочное динамическое отображение интерферометрических данных
  • Миллиметровые кривые блеска Стрельца A*, наблюдаемые во время кампании Event Horizon Telescope 2017
  • Предписание универсального степенного закона для изменчивости на основе синтетических изображений потоков аккреции черных дыр
  • Характеристика и смягчение внутридневной изменчивости: реконструкция структуры источника в аккрецирующих черных дырах с помощью mm-VLBI
• Веб-страница ESO EHT Млечный Путь 
• Веб-сайт EHT и пресс-релиз 
• Изображения ALMA
• Изображения APEX 

Контакты

Джеффри Бауэр
Научный сотрудник проекта EHT, Институт астрономии и астрофизики, Academic Sinica, Тайбэй и Гавайский университет в Маноа, США
Тел. : +1-808-961-2945
Электронная почта: [email protected]

Хуиб Ян ван Лангевелде
Директор проекта EHT, JIVE и Университет Лейдена
Лейден, Нидерланды
Тел.: +31-521-596515
Электронная почта: [email protected]

Барбара Феррейра
Медиа-менеджер ESO
Garching bei München, Germany
Тел.: +49 89 3200 6670
Моб. тел.: +49 151 241 664 00
Эл. Изображения, видео, веб-тексты и музыка
Вы журналист? Подпишитесь на информационный бюллетень ESO Media на вашем языке.

Обнаружен сверхгорячий сгусток газа, вращающийся вокруг черной дыры Млечного Пути с «умопомрачительной» скоростью

Орбита недавно открытой горячей точки вокруг Стрельца A*, наложенная поверх первого изображения сверхмассивной черной дыры, полученного коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT). (Изображение предоставлено EHT Collaboration, ESO/L. Calçada (Благодарность: M. Wielgus))

Астрономы обнаружили сгусток горячего газа, со свистом вращающийся вокруг сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики на невероятной скорости. Новое исследование показало, что мощное магнитное поле, окружающее колоссальный пространственно-временной разрыв, перегрузило причудливую газовую глобулу, разогнав ее до 30% скорости света.

Сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути , известная как Стрелец A*, примерно в 4 миллиона раз массивнее Солнца и простирается примерно на 40 миллионов миль (60 миллионов километров) в поперечнике. Обычно все, что подходит слишком близко к такой массивной черной дыре, утягивается за ее горизонт событий подавляющим гравитационным притяжением . Но недавно обнаруженный газовый шар , или горячая точка, движется так быстро, что, кажется, сформировал устойчивую орбиту вокруг массивной космической пустоты.

Орбита газового сгустка вокруг Стрельца A* эквивалентна по размеру орбите Меркурия вокруг Солнца. Но сияющая капля совершает полный оборот вокруг черной дыры каждые 70 минут, по сравнению с 88 днями, которые требуются Меркурию, чтобы преодолеть такое же расстояние, пишут исследователи в новой статье, опубликованной в Интернете 22 сентября в журнале Astronomy and Astrophysics . открывается в новой вкладке).

«Для этого требуется умопомрачительная скорость около 30% от скорости света», — ведущий автор исследования Мацек Вильгус, астроном из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии, говорится в заявлении (открывается в новой вкладке). Это около 201,2 миллиона миль в час (323,8 миллиона км/ч), или примерно в 3000 раз быстрее, чем Земля движется вокруг Солнца.

Связанный: Являются ли черные дыры червоточинами?  

Исследователи впервые заметили вращающееся пятно в 2017 году с помощью телескопа Atacama Large Millimeter/submmillimeter Array (ALMA) в Чили. Телескоп ALMA, состоящий из 66 антенн, является одним из восьми телескопов, входящих в сеть Event Horizon Telescope (EHT), которая произвела первое прямое изображение Стрельца A* в мае этого года.

Исследователи калибровали ALMA, чтобы сфокусироваться на Стрельце A* для проекта EHT, когда они обнаружили необычную вспышку рентгеновского излучения , исходящую из пространства, окружающего черную дыру.

Электромагнитное излучение от вспышки, которое также было видно в инфракрасном и радио , было сильно поляризованным или искривленным и имело признаки синхротронного ускорения — при котором объект подвергается ускорению, перпендикулярному его скорость. Этот тип ускорения возникает, когда заряженные частицы выталкиваются вперед сильным магнитное поле, например, как искусственные ускорители частиц перегружают электронов , согласно ScienceAlert (открывается в новой вкладке).

Единственным объяснением этого типа ускорения является то, что вспышка возникла из-за магнитно задержанного диска черной дыры — кольца материи, окружающего черную дыру, которое удерживается на месте сильным магнитным полем, которое уравновешивает силы гравитационного притяжения. материю в космическую пустоту. Таким образом, исследователи пришли к выводу, что единственным возможным источником вспышки был сгусток сверхзаряженного газа, застрявший внутри этого диска.

Согласно заявлению, различные исследовательские группы обнаружили аналогичные сигналы от горячих точек, быстро вращающихся вокруг других черных дыр. Тем не менее, это первый случай, когда вспышка, испускаемая горячей точкой, наблюдалась в радио, а также в инфракрасном и рентгеновском диапазонах, пишут исследователи в статье.

Расположение Стрельца A* в Млечном Пути, как видно из телескопа ALMA в Чили. (Изображение предоставлено ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), коллаборация EHT)

Исследователи считают, что обнаруженные ими радиоволны могут означать, что горячая точка замедляется и теряет часть своей энергии, говорится в заявлении. Потенциально это может означать, что сгусток газа в конечном итоге замедлится настолько, чтобы гравитация черной дыры преодолела окружающее ее магнитное экранирование и, наконец, втянула газ в свою бесконечную пасть.

Исследователи надеются, что эта новая информация может быть использована для отслеживания дополнительных горячих точек вокруг других черных дыр.

«В будущем мы сможем отслеживать горячие точки на разных частотах, используя скоординированные многоволновые наблюдения», — говорится в заявлении соавтора исследования Ивана Марти-Видаль, радиоастронома из Университета Валенсии в Испании. «Успех такой попытки станет настоящей вехой в нашем понимании физики вспышек в галактическом центре».

Связанный: Черные дыры взрываются?

В то время как новое исследование улучшает наше понимание сердца черной дыры Млечного Пути, исследователи говорят, что еще многое предстоит узнать о Стрельце А*.

СВЯЗАННЫЕ ИСТОРИИ

До сих пор телескопы изо всех сил пытались сфокусироваться на сверхмассивной структуре, потому что она часто вспыхивает, испуская электромагнитное излучение, которое мешает работе чувствительных датчиков. Но новый космический телескоп Джеймса Уэбба будет играть ключевую роль в будущих исследованиях Стрельца A* , потому что он сможет видеть сквозь это вмешательство.