Фото черной дыры: Фото чёрной дыры в центре галактики: как оно сделано и почему важно

Содержание

5 причин, почему фото черной дыры – это очень круто – Москва 24, 10.04.2019

10 апреля 2019, 20:16

Наука

10 апреля информационные агентства разместили главную научную новость дня: «Астрофизики проекта «Телескоп горизонта событий» впервые в истории показали изображение черной дыры, которая ранее считалась гипотетическим объектом». На фотографии, иллюстрирующей сообщение, мы видим размытое, не очень ровное желто-красное кольцо с темным центром. И все же это одна из главных вех земной астрофизики. Почему?

Фото: ТАСС/Jin Liwang/imago images/Xinhua

1. На самом деле, мы до сегодняшнего дня вообще не знали, существуют ли черные дыры. Фантастические фильмы и книги, статьи астрофизиков и многие другие источники столько раз повторяли словосочетание «черная дыра», что мы привыкли воспринимать это явление как данность. Но в действительности все представления человечества о таких объектах были чисто теоретическими. Никто и никогда их не видел. И вот сегодня чудо свершилось: ученые оказались правы, черные дыры существуют – вот вам доказательство.

2. Едва ли не самый главный парадокс: мы получили изображение объекта, который вообще невозможно увидеть, а тем более сфотографировать. Черная дыра – это объект с чудовищной массой и плотностью, что позволяет ему обладать невероятно огромной гравитацией. Сила притяжения черной дыры настолько велика, что даже свет не способен ее преодолеть. Однако на некотором расстоянии от нее излучение все-таки может победить гравитацию – и вот эта воображаемая граница, эта точка невозврата и называется горизонтом событий. Вокруг идеально круглой черной дыры видны гигантские облака газа, разогретые до невероятных температур. Они светятся так ярко, что затмевают несколько миллиардов соседних звезд. То, что зафиксировали радиотелескопы, – свечение этого газа, электромагнитные волны, оторвавшиеся от горизонта событий.

3. Расстояние, на котором расположен объект съемки, – 50 миллионов световых лет. Это очень далеко. Это невероятно далеко. Это просто непостижимо далеко. То, что запечатлено на снимке, по размерам больше, чем вся наша солнечная система, а масса черной дыры больше солнечной в шесть с половиной миллиардов раз. Это одна из самых массивных черных дыр, какие вообще могут существовать в нашей Вселенной. Все это с невероятным трудом поддается осмыслению, однако мы все-таки смогли это сфотографировать.

4. Еще один парадокс: чтобы получить это изображение, понадобился огромный телескоп, которого у человечества просто нет. Зато есть много не таких больших, работу которых было решено скоординировать для выполнения этой задачи. Пришлось объединить обсерватории в Чили, Испании, Калифорнии, в Аризоне, на Гавайских островах и даже на Южном полюсе, чтобы в результате получить виртуальную «тарелку» размером с планету Земля. Только так всему кластеру хватило чувствительности для наблюдения за абсолютно черным объектом.

Фото: ТАСС/FRANCK ROBICHON/EPA

5. На самом деле то, что мы видим, – это не фотография. Это компьютерное изображение, полученное из огромного количества самых разнообразных данных, сложенных вместе. Обсерватории поставляли по 350 терабайт данных ежедневно, наблюдения проводились в течение недели, и в результате на обработку всей информации ушло два года напряженной работы. Информации собрали так много, что было невозможно передать ее через интернет. В результате в аналитические центры в Бостоне и Бонне сотни жестких дисков свозили самолетами. Самые внимательные читатели уже подсчитали: весь проект был осуществлен еще два года назад, в 2017 году, и только сегодня компьютеры смогли сложить из разрозненных фрагментов одно изображение.

Черная дыра, изображение которой астрофизики предъявили миру, находится в созвездии Девы, в центре галактики Messier 87. Согласно существующей теории, черные дыры находятся в центре абсолютно всех галактик, в том числе и той, в которой находится наша планетная система. До центра нашей родной галактики Млечный Путь всего-навсего 26 тысяч световых лет. Вам не кажется странным, что астрономы выбрали для наблюдения черную дыру за 500 квинтиллионов километров, в то время как буквально под боком есть собственная? На самом деле, ничего странного тут нет. Во-первых, наша дыра гораздо меньше. Во-вторых, излучение от нее тоже слабее. И в-третьих, из-за расположения за ней очень сложно наблюдать: на пути к ней в пространстве висят триллионы звезд, циклопические облака газа и пыли, невероятное количество астероидов, комет и прочего мусора. Но все-таки астрофизики не теряют надежды и не оставляют попыток рассмотреть нашего персонального монстра. Можно быть уверенным: рано или поздно у них это обязательно получится.

Гринько Николай

наука

Получена первая фотография сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики

Благодаря телескопу Event Horizon удалось сделать первый снимок сверхмассивной черной дыры Стрелец А* в центре нашей галактики. Это изображение — еще один шаг вперед в истории Млечного Пути и научных исследований.

В центре Млечного Пути находится очень компактный и яркий источник радиоволн. Он называется Стрелец А* и представляет собой сверхмассивную черную дыру, масса которой примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Это небесное тело, вокруг которого совершают свое вращательное движение все звезды Млечного Пути, включая нашу собственную.

Этот результат дает неопровержимые доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и ценные подсказки о том, как она работает. Изображение было создано глобальной исследовательской группой Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration. Это изображение — долгожданный взгляд на огромный объект в центре нашей галактики. Хотя мы не можем увидеть саму черную дыру, поскольку она абсолютно темная, светящийся газ вокруг нее оставляет заметные следы.

Темная центральная область, известная как тень, черной дыры окружена яркой кольцевой структурой. На снимке запечатлен свет, искривленный мощной гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца. Наблюдения говорят нам об активной сверхмассивной черной дыре, которая притягивает к себе материал и заставляет его погружаться в свою пасть. За прошедшие годы удалось изучить звезды, вращающиеся вокруг Стрельца А*, и световые выбросы от падающего материала внутри нее.

6 октября 2002 года международная группа исследователей опубликовала результаты 10-летних наблюдений за движением звезды S2 вблизи Стрелец A*. Изучив ее орбиту, были оценены масса и радиус сверхмассивной черной дыры. Более поздние наблюдения определили массу в 3,7 млн солнечных масс в объеме с радиусом в 6,25 световых часов, или 6,7 млрд км.

Недавние прямые наблюдения с помощью EHT выявили магнитное поле, связанное с Стрелец A*, которое питает саму черную дыру. Ее активность в центре Млечного Пути превращает ее в своего рода двигатель, который, поглощая материю из того, что проходит поблизости, производит энергию в виде интенсивного излучения.

Первое изображение черной дыры было получено EHT в 2019 году. Это была сверхмассивная черная дыра в центре галактики Мессье 87. EHT смог разрешить этот объект благодаря системе синхронизации нескольких телескопов, разбросанных по всей поверхности Земли. В частности, астрономы использовали Very-Long-Baseline-Interferometry (VLBI) — метод, который объединяет наблюдательную мощность и данные телескопов по всему миру для создания гигантского виртуального радиотелескопа.

Наличие нескольких телескопов на разных широтах Земли в сочетании с вращением Земли приводит к созданию телескопа размером с Землю. Каждый из этих телескопов оснащен антенной с чрезвычайно точными атомными часами для регистрации времени, в которое регистрируются радиосигналы от целевого объекта.

«Мы были поражены тем, как размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал научный сотрудник проекта EHT Джеффри Боуэр из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica в Тайбэе. «Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в центре нашей галактики. И они предлагают новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением.»

Стрелец A* и M87* кажутся удивительно похожими, несмотря на то, что черная дыра в нашей галактике более чем в тысячу раз меньше и менее массивна, чем M87*.

«У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр. Однако вблизи края эти черные дыры выглядят удивительно похожими», — говорит Сера Маркофф, сопредседатель научного совета EHT и профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета. «Это говорит нам о том, что общая относительность управляет этими объектами вблизи, а любые различия, которые мы видим дальше, должны быть вызваны различиями в материале, окружающем черные дыры».

Это оказалось значительно сложнее, чем для M87*, несмотря на то, что Стрелец A* находится гораздо ближе к нам. Ученый EHT Чи-Кван Чан из обсерватории Стюард, факультета астрономии и Института науки о данных Аризонского университета, США, объясняет:

«Газ в окрестностях черных дыр движется с одинаковой скоростью — почти так же быстро, как свет — вокруг Стрелец A* и M87*. Но там, где газу требуются дни или недели, чтобы совершить оборот вокруг большей M87*, в гораздо меньшей Стрелец A* он совершает оборот за минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Стрелец A* быстро менялись, пока коллаборация EHT наблюдала за этим».

Чтобы описать движение газа вокруг Стрелец A*, исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты. M87* была более легкой и стабильной целью, в отличие от «нашей» черной дыры. Изображение Стрелец A* представляет собой среднее значение нескольких изображений, полученных командой, что позволило впервые увидеть гиганта, скрывающегося в центре нашей галактики.

Результат, полученный с помощью EHT, является экстраординарным. Еще одна часть истории, которая имеет место, огромный прогресс в научной сфере. Не только за наши знания о Млечном Пути или за то, чему он нас учит, но и потому, что он еще раз подтверждает, куда могут двигаться научные исследования.

Работа велась в течение пяти лет с использованием суперкомпьютеров для объединения и анализа данных, при этом была собрана беспрецедентная библиотека смоделированных черных дыр для сравнения с наблюдениями. Усилия более чем 300 исследователей из 80 институтов по всему миру, которые вместе составляют коллаборацию EHT, позволили добиться этого замечательного достижения.

«Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные подсказки о том, как работает этот важный процесс», — сказал ученый EHT Кейичи Асада из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica, Тайбэй. «У нас есть изображения двух черных дыр — одной на большом и одной на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной. Таким образом, мы можем пойти гораздо дальше в проверке поведения гравитации в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде».

В будущем EHT может раскрыть еще более глубокие тайны радиоизлучения Стрельца А*. Его данные в сочетании с данными новых рентгеновских телескопов и будущих передовых технологий могут позволить нам исследовать неизученные глубины галактического центра. Будущие наземные телескопы, такие как Европейский чрезвычайно большой телескоп, Квадратный километровый массив и все другие, находящиеся в стадии разработки, будут иметь огромное значение в этом поиске. Чтобы помочь нам уловить свет космоса и понять таинственную красоту того, что мы называем домом.

Получили! Астрономы показали первое изображение черной дыры в центре нашей галактики | NSF

Вашингтон, округ Колумбия – Во время пресс-конференции, организованной Национальным научным фондом США совместно с Event Horizon Telescope Collaboration в Вашингтоне, округ Колумбия, сегодня астрономы представили первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашего Млечного Пути. галактика. 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, или EHT, Collaboration, с использованием наблюдений всемирной сети радиотелескопов.

Загрузите версию изображения Sgr A* в высоком разрешении.

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. улучшили наше понимание того, что происходит в самом центре нашей галактики, и предложили новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением». Результаты команды EHT опубликованы сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters. https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results

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, собирая данные в течение многих часов подряд, подобно использованию длинной выдержки на камере.

Прорыв следует за коллаборацией EHT 2019выпуск 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* [2]. «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. «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, который окружает 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, который быстро гоняется за своим хвостом».

Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, объясняющие 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.

Это стало возможным 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.

Из этих суперкомпьютеров анализ в пятой статье включает почти 80 миллионов часов процессора на суперкомпьютере NSF Frontera и 20 миллионов часов процессора на NSF Open Science Grid. Телескоп Южного полюса NSF (SPT) и международная Атакамская большая миллиметровая/субмиллиметровая решетка (ALMA), телескоп, управляемый Национальной радиоастрономической обсерваторией NSF (NRAO), были двумя из семи телескопов, которые использовались для сбора данных изображений в 2017 году.

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», — сказал ученый EHT Кейити Асада из Института астрономии и астрофизики Академии Синика, Тайбэй. «У нас есть изображения двух черных дыр — одного на большом конце и одного на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной — так что мы можем пойти намного дальше в тестировании того, как гравитация ведет себя в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде».

Развитие EHT продолжается: в марте 2022 года в рамках крупной наблюдательной кампании было задействовано 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.

«Это изображение свидетельствует о том, чего мы можем достичь, когда глобальное исследовательское сообщество объединяет наши лучшие умы, чтобы сделать невозможное возможным. Язык, континенты и даже галактика не могут помешать тому, чего может достичь человечество, когда мы объединимся для всеобщего блага. Это исторический момент, когда мы видим черную дыру в сердце нашего Млечного Пути как завершающее достижение после десятилетий интенсивных исследований, основанных на любопытстве. NSF гордится тем, что является международным партнером, который инвестирует в эти инновационные исследования и инфраструктуру, которая делает возможными такие фантастические открытия», — сказал директор NSF Сетураман Панчанатан.

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), Аризонский субмиллиметровый телескоп (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 в Тайбэе), Институтом астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA) и Корейским институтом астрономии и космических наук (KASI; Республика Корея) в сотрудничестве с Республикой 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 (организациями-партнерами IRAM являются MPG (Германия), CNRS (Франция) и IGN (Испания). JCMT управляется Восточноазиатской обсерваторией от имени Центра астрономической меганауки Китайская академия наук, NAOJ, ASIAA, KASI, Национальный институт астрономических исследований Таиланда и организации в Соединенном Королевстве и Канаде.LMT управляется INAOE и UMass, SMA управляется Центром астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт и ASIAA, а UArizona SMT управляется Аризонским университетом. 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 тайбэйской Academia Sinica (AS) и MOST. NOEMA находится в ведении IRAM, а 12-метровый телескоп UArizona в Китт-Пик находится в ведении Университета Аризоны.

[2] 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

Консорциум EHT состоит из 13 заинтересованных институтов; Институт астрономии и астрофизики Academia Sinica, Аризонский университет, Чикагский университет, Восточноазиатская обсерватория, Гете-Университет Франкфурта, Институт миллиметровой радиоастрономии, Большой миллиметровый телескоп, Радиоастрономический институт Макса Планка, Массачусетский технологический институт Астрономическая обсерватория Японии, Институт теоретической физики «Периметр», Университет Радбауд и Смитсоновская астрофизическая обсерватория.

Дополнительные ссылки

Высокое разрешение Sgr A* Image
Веб-сайт EHT
NSF исследует черные дыры
NSF EHT

У нас есть первое в истории изображение черной дыры в центре Млечного Пути : ScienceAlert

Четыре с половиной миллиарда лет назад наша бледно-голубая точка родилась в обломках, оставшихся после рождения звезда. С тех пор мы застряли в космическом танце; Земля вращается вокруг Солнца; и Солнце вращается вокруг галактического центра – темного, таинственного сердца Млечного Пути.

В этом темном сердце, вокруг которого вращается вся галактика, находится сверхмассивная черная дыра по имени Стрелец A*, масса которой примерно в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца. Мы смогли сделать вывод о его присутствии и измерить его, основываясь на движении объектов вокруг него, но никогда не видели самого объекта.

Никогда, то есть до сих пор.

Это изображение в верхней части экрана, похожее на великолепный размытый оранжевый пончик, представляет собой пыль вокруг и тень самого Sgr A*, которую человечество впервые увидело благодаря тяжелой работе телескопа Event Horizon. сотрудничество.

«Мы были ошеломлены тем, насколько точно размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал ученый проекта EHT Джеффри Бауэр из Академии Синики в Тайбэе.

«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 с окружающей их средой.»

Мы не можем налюбоваться. Первое в истории изображение Sgr A*. (Сотрудничество EHT)

Достижение было достигнуто через три года после того, как коллаборация опубликовала первое когда-либо полученное изображение тени черной дыры — сверхмассивной черной дыры по имени M87*, масса которой в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца, в центре галактики 55 миллионов световых лет от нас.

Sgr A* находится значительно ближе к нам, на расстоянии около 25 800 световых лет. Но две черные дыры представляли собой совершенно разные задачи.

Сравнение размеров M87* и Sgr A*. (Сотрудничество с EHT, благодарность: Lia Medeiros, xkcd)

Попытка изобразить черную дыру означает попытку изобразить невидимое. Черные дыры не испускают излучения, которое мы можем обнаружить. Они настолько плотны, что за определенной точкой, известной как горизонт событий, даже свет, самая быстрая известная вещь во Вселенной, не способен достичь скорости убегания от их гравитационного притяжения.

M87* — это то, что мы называем активным галактическим ядром. Это означает, что он питается, окруженный огромным диском из пыли и газа, который втягивается в черную дыру. Безумное трение и гравитация нагревают этот материал, так что он ярко светится. Это то, что мы видим на снимке M87* с тенью черной дыры в центре светящегося материала.

Стрелец A* может быть ближе… но он далеко не так активен. На самом деле, если бы Sgr A* был человеком, он потреблял бы только рисовое зернышко каждый миллион лет.

Более того, галактический центр Млечного Пути густо запылен, что скрывает большую часть того, что в нем содержится.

Ранее ученые обнаружили облако газа на орбите Sgr A*, аккреционного диска самой черной дыры, но оно относительно холодное и светится гораздо слабее. Более того, поскольку черная дыра меньше, период обращения диска меньше, а это означает, что свет меняется в очень быстрых временных масштабах.

«Газ в окрестностях черных дыр движется с одинаковой скоростью — почти со скоростью света — вокруг Sgr A* и M87*», — сказал астроном Чи-Кван («CK») Чан из Университета Аризоны. .

«Но там, где газу требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы совершить оборот вокруг большего M87*, в гораздо меньшем Sgr A* он совершает оборот за считанные минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро менялись по мере того, как EHT Collaboration наблюдала за этим — это было похоже на попытку сделать четкий снимок щенка, который быстро гоняется за своим хвостом».

Внутри что-то ярко светится в радиодиапазоне — это должен быть Sgr A*, но нам никогда не удавалось получить его детальное изображение.

Чтобы решить эти проблемы, Телескоп Горизонта Событий объединил восемь телескопов со всего мира, которые работали вместе в телескопе размером с Землю, с впечатляющим разрешением.

Во время наблюдательной кампании в 2017 году было сделано большое количество изображений, в результате чего было получено шесть терабайт данных. Эти данные нужно было обрабатывать и анализировать — процесс, который занял годы, и разработку новых алгоритмов, чтобы компенсировать быструю изменчивость.

(коллаборация EHT)

Вверху: коллаборация EHT создала первое в истории изображение (верхний кадр) Sgr A* путем усреднения тысяч изображений, созданных с использованием различных вычислительных методов, которые точно соответствуют EHT. данные. Это усредненное изображение сохраняет особенности, которые чаще всего встречаются на различных изображениях, и подавляет особенности, которые проявляются нечасто.

Изображения были сгруппированы в четыре класса на основе схожих признаков, которые вы можете видеть в нижней части изображения выше. Гистограммы показывают относительное количество изображений, принадлежащих каждому кластеру.

Ученые еще какое-то время будут обдумывать невероятные результаты.

Сверхмассивные черные дыры — космическая загадка. Мы не знаем, как им удается стать такими большими — стрелок A* на самом деле довольно мал для одного из этих бегемотов — или как они вообще сформировались на заре времен. Однако они являются основными движущими силами эволюции космоса. Вокруг них кружатся целые галактики; они контролируют звездообразование даже за пределами своих собственных галактик.

Сверхмассивные черные дыры, которые мы обычно изучаем, активны, как и M87*. Это потому, что материал в пространстве вокруг них излучает свет, а магнитные поля черных дыр могут ускорять выбросы в межгалактическое пространство, и то и другое может рассказать нам о самой черной дыре.

Иллюстрация, показывающая строение сверхмассивной черной дыры. (ESO)

Спокойствие Sgr A*, возможно, сделало его более сложным для изображения, но сама эта характеристика делает его необычным объектом для изучения. Поскольку он не излучает свет, как более активная черная дыра, мы могли бы видеть окружающую его среду более четко, что, в свою очередь, могло бы дать нам лучшее представление о физике горизонта событий.

Это могло бы помочь нам понять всевозможные загадки черных дыр, например, как работает аккреция, как запускаются струи, даже точно ли общая теория относительности описала экстремальное пространство-время в окрестностях черной дыры.

Удивительно, но две черные дыры кажутся очень похожими. Это, по словам исследователей, означает, что мы можем делать определенные выводы о черных дырах.

«У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр, но вблизи края этих черных дыр они выглядят поразительно похожими», — сказала астроном Сера Маркофф из Научного совета EHT Амстердамского университета в Нидерланды.

«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. »

Новое изображение открывает новую дверь для изучения этих экстремальных объектов. Одно изображение черной дыры потрясающе. Два означает не только то, что первый результат был реальным, но и то, что теперь у нас есть точка сравнения, чтобы понять, как работают эти невероятные, экстремальные объекты.

«Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как работает этот важный процесс», — сказал астрофизик Кейичи Асада из Academia Sinica.

«У нас есть изображения двух черных дыр — одной на большом конце и одной на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной — так что мы можем пойти намного дальше в тестировании того, как гравитация ведет себя в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде. »

Новые результаты опубликованы в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters.

Вы можете посмотреть пресс-конференцию ниже, а также наш (теперь законченный) живой блог, где мы освещали объявление в режиме реального времени.

Все значения времени указаны в формате UTC и в хронологическом порядке. Обновите и прокрутите вниз, чтобы увидеть последние обновления. Мы будем добавлять новую информацию каждые несколько минут.

12.40: Ладно, момент настал! Мы на краю наших мест и очень рады разделить этот важный момент в астрономии со всеми вами. Мы будем обновлять этот блог каждые несколько минут, так что продолжайте нажимать «Обновить»!

12.41: Для тех, кто наверстывает упущенное, вот что мы пока знаем об объявлении. Результаты получены от EHT, который дал нам первое изображение черной дыры почти три года назад. Мы также знаем, что результаты касаются нашего собственного Млечного Пути… что говорит о том, что, возможно, мы вот-вот увидим самое первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, Стрельца A* (Sgr A*).

Если астрономам удастся получить прямое изображение горизонта событий Sgr A*, это будет исторический момент… поэтому убедитесь, что у вас есть под рукой закуски и много жидкости. Вы не захотите пропустить это.

12.43: Не только тот факт, что эта черная дыра находится в нашей родной галактике, сделал бы это объявление таким крутым. На самом деле это невероятно трудный подвиг. Sgr A * примерно в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца, с горизонтом событий 25,4 миллиона километров в диаметре и находится на расстоянии 25 800 световых лет. Пытаться изобразить это все равно, что пытаться сфотографировать теннисный мяч на Луне.

12.44: Чёрные дыры чрезвычайно трудно изобразить в лучшие времена, потому что они буквально невидимы, поглощая всё электромагнитное излучение. Но Sgr A* еще сложнее изучать, потому что он закрыт облаком пыли и газа.

Sgr A * был главной целью наблюдательной кампании EHT в апреле 2017 года. Если астрономы сфотографировали горизонт черной дыры, он должен выглядеть как светящийся пончик. Это аккреционный диск черной дыры, кольцо из газа и пыли, испускающее излучение, когда оно вращается вокруг Sgr A*.

12.45: Осталось 15 минут!

12:48: Прямая трансляция снимается из штаб-квартиры Европейской космической обсерватории в Германии. Но он транслируется одновременно с объявлениями из Вашингтона. округ Колумбия, Сантьяго-де-Чили, Мехико, Токио и Тайбэй.

В прямом эфире мы будем слышать от:

Томас Кричбаум, Институт радиоастрономии им. Макса Планка, Германия
Сара Иссаун, Центр астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институты, США и Университет Радбауд, Нидерланды
Хосе Л. Гомес, Институт астрофизики Андалусии (CSIC), Испания
Кристиан Фромм, Вюрцбургский университет, Германия
Марияфелиция де Лаурентис, Неаполитанский университет имени Федерико II и Национальный институт ядерной физики (INFN), Италия

Объявление Национального научного фонда из Вашингтона, округ Колумбия, будет включать:

Кэтрин (Кэти) Л. Боуман, доцент кафедры вычислительной техники и математических наук, электротехники и астрономии Калифорнийского технологического института
Винсент Фиш, научный сотрудник обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института
Майкл Джонсон, астрофизик Центра астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институт
Ферьял Озель, профессор астрономии и физики Аризонского университета

Это может показаться большим, но в этой работе участвует множество других исследователей. Достаточно сказать, что это была огромная совместная работа.

Стоит отметить, что все перечисленные здесь ученые так или иначе работают с черными дырами.

12.51: Сейчас в Твиттере астрономическое сообщество активно обсуждает этот вопрос.

После 20 (долгих) лет подготовки, наблюдений и анализа завтра будут объявлены результаты EHT по черной дыре в центре Млечного Пути! https://t. co/8NDlvv6CfK
— Shep Doeleman (@ShepDoeleman) 11 мая 2022 г.

Да, я определенно не мог спать 😬 осталось еще несколько часов! Я буду на европейской пресс-конференции, чтобы рассказать о результатах, я так нервничаю, но так взволнована, увидимся там! https://t.co/K1DHwOJGkh
— Доктор Сара Иссаун (@SaraIssaoun) 12 мая 2022 г.

Захватывающее новое изображение черной дыры появится сегодня вечером. Могу поспорить, что в космосе он выглядит как большая оранжевая шатающаяся крутящаяся штука. pic.twitter.com/zJ49AINv3y
— профессор Лиза Харви-Смит (@lisaharveysmith) 12 мая 2022 г.

Вот захватывающий вид на центр нашей галактики — мозаика инфракрасных и радиоизображений, искусно объединенных @ СпейсГек.
Через час мы узнаем гораздо больше об огромной черной дыре в центре. https://t.co/CQ8sBuOiAg pic.twitter.com/Nw1dGSbKiI
— Кори С. Пауэлл (@coreyspowell) 12 мая 2022 г.

Нам не терпится!

12.55: Всем пятиминутное предупреждение! Последний шанс получить эти закуски!

12.58: Тут уж совсем не парься… две минуты до конца. У нас обратный отсчет! У нас есть музыка! Это действительно происходит!

13.00: Поехали.

13.01: ВОТ ОНО! Мы действительно скоро встретимся со Sgr A*!

13.02: Генеральный директор ESO Ксавье Барконс знакомит нас с ходом заседания…

Мы уже много раз были так близко к Стрельцу А*, говорит он, когда телескопы изучали движение звезд вокруг галактического центра, что позволило нам измерить сверхмассивную черную дыру.

«Однако нам еще предстоит увидеть прямые изображения этого объекта», — говорит Барконс. (!!!!)

13.04: Барконс рассказывает о более чем 300 международных ученых, гораздо большем количестве вспомогательного персонала и восьми радиообсерваториях по всему миру, работающих в сотрудничестве для достижения этого новаторского результата. Он добавляет, что это своевременное напоминание о том, чего мы можем достичь, когда страны работают вместе.

13.05: Вот оно! Вот Хуиб ван Лангевельд, директор проекта EHT, с изображением.

13.06: Мы летим в сердце галактики, чтобы встретиться с нашим галактическим центром, с равнин Чили, где находится телескоп ALMA.

13.07: ЗАДОХ ПОСМОТРЕТЬ НА ЭТО!!

Сверхмассивная черная дыра в центре Sgr A*. (Сотрудничество EHT)

13.08: Ого, это потрясающе. Чтобы было ясно, мы не можем видеть саму черную дыру, но она есть, в том темном пятне посреди диска из светящегося материала.

13.14: Говорит Сара Иссаун из Гарварда. Теперь, говорит она, у нас впервые есть прямое доказательство того, что Стрельца А* является черной дырой. Темное пятно в центре — тень черной дыры; вокруг нее кружится горячий газ, нагретый трением. Этот газ испускает радиоизлучение, которое мы можем обнаружить.

Его размер составляет около 52 угловых микросекунд в небе, что эквивалентно изображению пончика на Луне. Поскольку размер тени черной дыры связан с ее массой, мы можем использовать ее, чтобы подтвердить, что ее масса примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Это точно согласуется с предсказаниями Эйнштейна из общей теории относительности!

Sgr A* очень похож на первое когда-либо полученное изображение черной дыры, M87*, хотя они очень разные и находятся в очень разных условиях. Это говорит нам о том, что независимо от размера окружающей среды в пространстве вокруг черной дыры будет преобладать гравитация.

13.17: Томас Кричбаум из Института радиоастрономии им. Макса Планка в Германии делится техническими подробностями этого грандиозного достижения. Потребовалось 25 лет, чтобы разработать и усовершенствовать методы объединения телескопов по всему миру в один гигантский телескоп размером с Землю, который может достичь разрешения, необходимого для изображения черных дыр.

В результате получается интерферометр, который в 3 миллиона раз острее, чем человеческий глаз. Для изображения Sgr A* было получено шесть терабайт данных — анализ этих данных занял несколько лет и потребовал разработки новых инструментов.

13.20: Хосе Л. Гомес из Института астрофизики Андалусии в Испании теперь более подробно рассказывает нам, как восемь телескопов Телескопа Горизонта Событий работают вместе для получения наблюдений. Однако

Sgr A* был намного сложнее, чем M87*, говорит он. Область скрыта пылью; и хотя газ вокруг каждой черной дыры движется с одинаковой скоростью, Стрелец А* в 1500 раз менее массивен, а это означает, что его газ имеет гораздо более короткую орбиту. Это означает, что газ менялся в быстрых временных масштабах, пока велись наблюдения.

13.23: Это самое тщательно проверенное интерферометрическое изображение из когда-либо полученных, наряду с изображением M87*.

ОН ТОЛЬКО ОБЕЩАЛ НАМ ФИЛЬМЫ О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ В БУДУЩЕМ.

13.25: Кристиан Фромм из Вюрцбургского университета в Германии сейчас делает шаг вперед, чтобы рассказать нам, что изображение говорит нам о Sgr A*.

Команда использовала суперкомпьютеры по всему миру для моделирования черных дыр. При сравнении с их моделями изображение говорит нам, что Sgr A* вращается и что мы смотрим на него лицом к лицу.

13.27: Марияфелиция де Лаурентис из Неаполитанского университета «Федерико II» и Национального института ядерной физики (INFN) в Италии сообщает нам, что размер тени Sgr A* согласуется с теорией относительности, как и у M87. *, несмотря на то, что две черные дыры аккрецируют материалы с совершенно разной скоростью; Sgr A* в миллион раз меньше, чем M87*.

13.29: Изучение окружающей среды вокруг черной дыры вроде Sgr A* или M87* позволит нам провести новые тесты общей теории относительности в надежде найти места, где она выходит из строя, говорит де Лаурентис. Это может помочь нам понять гравитацию, а также роль черных дыр в нашей Вселенной. Лучшее еще впереди!

13.31: Это, как говорит Антон Зенсус в своем заключительном слове, следующий уровень. «Мы объединили самые большие в мире радиотелескопы в одну камеру размером с Землю».

Используемые телескопы:

Большая миллиметровая/субмиллиметровая антенная решетка Atacama (ALMA)
Эксперимент Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) в пустыне Атакама в Чили
30-метровый телескоп IRAM в Испании
Телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT)
Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано (LMT)
Субмиллиметровая матрица (SMA)
Аризонский субмиллиметровый телескоп (SMT)
Телескоп Южного полюса (SPT)

С тех пор EHT добавил:

Северный расширенный миллиметровый массив (NOEMA) во Франции
Гренландский телескоп (GLT)
12-метровый телескоп UArizona на Китт-Пик

13.35: Все это было бы невозможно без 300 ученых, которые работали над этим сотрудничеством.