Содержание
что на самом деле сфотографировали ученые в космосе (и зачем)
Вопреки тому, что рассказывают нам СМИ, ученые смогли сделать снимок не самой черной дыры, а лишь ее тени. Впрочем, увидеть тень объекта в 53 миллионах световых лет от нас — задача сверхтрудная и до сего дня решить ее ни разу не удавалось. Кто, как и, главное, зачем сделал первый в истории снимок тени черной дыры?
Александр Березин
Что на самом деле показали ученые?
Большинство российских и ряд западных СМИ написали про «первый в истории снимок черной дыры». Увы, это не так. Черная дыра называется так потому, что она черная: ее гравитация так сильна, что любые фотоны могут только влететь в нее, но не покинуть. Космос за черной дырой тоже в основном черный. Увидеть черное на черном очень сложно: попробуйте найти черную кошку в абсолютно темной комнате — и быстро поймете, о чем мы. Тем более что объект, который они снимали, — сверхмассивная черная дыра М87 в центре одноименной далекой галактики — вообще-то лежит в 53 миллионах световых лет от нас.
Поэтому его видимый размер для земного наблюдателя ровно такой же, как у черного котенка, лежащего на поверхности абсолютной черной Луны во время самой темной лунной ночи.
Конечно, астрономы и не пытались сделать снимок такого объекта. Достаточно открыть научный журнал, в котором опубликована статья о нем, чтобы прямо в ее заголовке прочитать: на снимке «тень сверхмассивной черной дыры», не она сама.
Почему же многие научно-популярные СМИ — и даже некоторые астрономы в соцсетях — написали «Получен первый снимок черной дыры»? Как отметила в беседе с нами Ирина Якутенко, основатель популяризаторского агентства «Чайник Рассела» и научный журналист, «с точки зрения маркетинга и повышения шансов на новые гранты по теме они совершенно правильно пишут, что увидели именно черную дыру, а не тень (тем более что это не тень в привычном понимании этого слова)». Увы, но да, современная наука чем-то похожа на шоу-бизнес: она тоже требует большого финансирования, и чтобы общество давало на это деньги, нужно рассказывать ему красочные истории.
Объяснить, что именно было на снимке, в громком, но коротком заголовке сложно. Поэтому многие решили не напрягаться и написать про «снимок черной дыры» — так проще будет получать деньги на новые исследования.
В реальной жизни все было совсем не так. Крупные черные дыры притягивают к себе много газа и пыли из окружающего пространства, и перед тем, как свалиться в дыру, газ и пыль начинают вращаться вокруг нее, образуя «бублик». Частицы вещества из бублика неизбежно трутся друг о друга. Чем массивнее дыра и чем больше материи она пожирает в единицу времени, тем сильнее это трение. В итоге температура в таком постоянно поедаемом бублике повышается до миллиардов градусов и он начинает исключительно сильно светиться. У черной дыры М87 аппетит очень хороший, поэтому пожираемый ею бублик сверхгоряч и светит сильнее, чем поверхность обычной звезды.
Что это за «тень» такая?
Ирина Якутенко права: то, что показали астрономы, не совсем тень в обычном смысле этого слова.
Нормальная тень — это если бы сторонний источник светил на черную дыру и от этого в потоке света возникал бы зазор, по форме повторяющий силуэт дыры. Однако черная дыра обладает исключительно сильной гравитацией, поэтому она искажает свет от стороннего источника намного сильнее, чем если бы просто стояла на его пути. Это легко видеть и на снимке: половина «кольца» вокруг черной дыры тусклее, а половина — ярче. Это потому, что гравитация черной дыры М87 замедлила половину фотонов от бублика раскаленной материи вокруг этой самой черной дыры, отчего половина эта и кажется нам тусклой.
В теории можно сделать снимок не только тени, но и самой черной дыры. Да, она ничего не излучает и поглощает любой падающий на нее свет, но ничего страшного в этом нет. «Черный квадрат» Малевича тоже ничего не излучает: черные предметы либо поглощают, либо рассеивают в стороны почти весь падающий на них свет. Черная дыра отличается от них только формой (примерно сферической) и тем, что поглощает фотоны идеально, ничего не рассеивая.
То есть увидеть ее все равно можно: на фоне светящегося бублика она будет выглядеть просто черным провалом. Но сделать это земными телескопами пока нереально, для этого надо «подтянуть» наши телескопы намного, намного ближе.
Чем и как был сделан снимок?
Даже тень черной дыры в полусотне миллионов световых лет увидеть одним-единственным земным телескопом пока невозможно. Для этого использовался Event Horizon Telescope — группа из одиннадцати согласованных радиотелескопов, разбросанных по планете от Антарктиды (десятиметровый радиотелескоп South Pole Telescope на полярной станции) до северного полушария. Разнесенные на тысячи километров друг от друга радиотелескопы вместе позволили ловить фотоны от раскаленного бублика вокруг черной дыры М87 и складывать полученные элементы пазла в одну картинку.
Всего для снимка было использовано 5 тысяч терабайт информации от этих 11 телескопов — элементов Event Horizon Telescope.
Это настолько большой объем, что его пересылали к обрабатывающему данные суперкомпьютеру в виде жестких дисков по почте — бессбойная передача по интернету заняла бы слишком много времени.
Но и это само по себе еще не позволило бы получить столь четкий снимок.
Сделать его реальностью помогла работа Кэти Боман, 29-летней выпускницы Массачусетского технологического института. Вместе с коллегами она разработала специальный алгоритм, позволяющий объединять данные от разных телескопов, расположенных в тысячах километров друг от друга. Чтобы точнее «увидеть» тень черной дыры, команда людей под ее руководством ввела в алгоритм модель, которая учитывала теоретические предсказания теории относительности Эйнштейна, чтобы точнее интерпретировать входящие данные.
Не все изображения, которые получали 11 частей Event Horizon Telescope, были одинакового качества: какие-то из них были более четкими, какие-то — менее. Построив с помощью моделирования ожидаемый облик тени от черной дыры такого размера, как М87, команда Боман смогла отсеять менее качественные изображения от более качественных и в итоге получить «картинку» такого уровня, которую без «очищающего» алгоритма было бы невозможно создать.
Зачем землянам изображение черной дыры?
Снимок подтверждает как сам факт существования черных дыр — хотя в нем никто и так не сомневался, — так и то, насколько точны наши представления о них и бублике из пожираемой ими материи. Попутно он позволил несколько уточнить размеры и, соответственно, массу сверхмассивной черной дыры в центре эллиптической (округлой) галактики М87 в 53,5 миллиона световых лет от нас. М87 оказалась очень солидной дырой — в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца. Диаметр ее — 30 миллиардов километров. То есть если взять центральную часть Солнечной системы — от Солнца до Плутона — и засунуть ее внутрь этой черной дыры, то все наши планеты там спокойно поместятся и еще останется немало дополнительного места.
Другая примечательная деталь: судя по новым снимкам, черная дыра М87 вращается с огромной скоростью, более 90 % от теоретически возможной. С близкой скоростью вращается и бублик материи вокруг нее.
Такая огромная скорость вращения получена для черной дыры впервые и очень интересна. Дело в том, что черная дыра вращается тем быстрее, чем больше вещества упало на нее за всю ее историю. Получается, М87 не только сейчас активно пожирает материю (что и так видно на снимке ее тени), но и делает это уже миллиарды лет подряд без заметных пауз. Это очень резко отличает ее от поведения большинства черных дыр, которые «питаются» намного скромнее. Было бы неплохо понять, почему М87 такая особенная и что вообще определяет аппетит таких опасных объектов, как крупная черная дыра.
Но и это, пожалуй, далеко не самое важное в полученном результате. Дело в том, что черные дыры, по сути, ключевые действующие лица в окружающей нас Вселенной. Если взглянуть на почти все известные галактики, в центре каждой из них лежит сверхмассивная черная дыра (и в нашем Млечном Пути — тоже). И они там вовсе не для красоты: тяготение таких сверхмассивных объектов «собирает» вокруг себя ядро каждой галактики и в конечном счете саму галактику.
Без черной дыры в центре материя не могла бы быстро собраться в достаточно плотные структуры. А значит, и образование звезд, и эволюция планетных систем шли бы куда медленнее.
Из этого легко понять, зачем нужно изучать черные дыры: чтобы понимать, как работает Вселенная вокруг нас, надо знать, как работает главный «сборочный механизм» в ее галактике.
Приведем простой пример. Черную дыру в центре галактики М87 удалось снять с высоким качеством потому, что эта дыра очень активно «глотает» вещество и перед приемом «пищи» сильно ее нагревает (трением частиц поглощаемого вещества друг о друга). Бублик этой материи от нагрева дает жесткое рентгеновское излучение, а вверх и вниз от черной дыры бьют струи горячей плазмы, разогнанной до десятков и сотен тысяч километров в секунду. Если бы эта иллюминация состоялась в нашей Галактике, то спецэффекты от нашей сверхмассивной черной дыры было бы видно на Земле и днем и ночью.
Согласно ряду научных работ, два-три миллиона лет назад все так и было.
И тогда наша планета могла получать солидное количество жесткого излучения из центра Галактики, где лежит «местная» галактическая черная дыра Стрелец А*. Что будет, если Стрелец А* перейдет от своего нынешнего «голодного» существования к активному пожиранию материи, как в Галактике М87? Не будет ли это угрожать земной жизни? Можно ли предсказать такое событие заранее и насколько оно опасно? Все это — вопросы, ответы на которые хорошо бы знать заранее, а не тогда, когда будет уже слишком поздно.
Первое изображение черной дыры получает поляризационное обновление, которое проливает свет на магнитные поля
После публикации первого изображения черной дыры в 2019 году астрономы получили новое поляризованное изображение черной дыры. (Изображение предоставлено коллаборацией EHT). черных дыр .
В 2019 году телескоп Event Horizon Telescope (EHT) коллаборации сделал первое в истории изображение черной дыры , которая находится в центре галактики M87 в 55 миллионах световых лет от Земли.
На изображении видно яркое кольцо с темным центром, которое является тенью черной дыры. Снимая это изображение, астрономы заметили значительное количество поляризованного света вокруг черной дыры. Теперь совместная работа показала новый взгляд на черную дыру, показав, как она выглядит в поляризованном свете.
Поляризованные световые волны имеют другую ориентацию и яркость по сравнению с неполяризованным светом. И точно так же, как свет поляризуется, когда он проходит через солнцезащитные очки, свет поляризуется, когда он излучается в намагниченных и горячих областях пространства.
Поскольку поляризация является признаком магнитных полей, это изображение ясно показывает, что кольцо черной дыры намагничено. Этот поляризованный взгляд «говорит нам, что излучение в кольце, скорее всего, вызвано магнитными полями, которые расположены очень близко к горизонту событий», — Моника Москибродска, координатор рабочей группы по поляриметрии EHT и доцент в Radboud Universiteit в Нидерландах.
рассказал Space.com.
Связанный: Эврика! Ученые впервые сфотографировали черную дыру
Впервые астрономам удалось измерить поляризацию так близко к краю черной дыры. Этот новый вид черной дыры не только впечатляет, но и раскрывает новую информацию о мощных радиоструях, стреляющих из M87.
«На первых снимках мы показывали только интенсивность», — сказала Москибродская о первом опубликованном снимке объекта. «Теперь мы добавляем информацию о поляризации поверх исходного изображения».
«Новые поляризованные изображения знаменуют собой важные шаги на пути к большему изучению газа вблизи черной дыры и, в свою очередь, о том, как черные дыры растут и запускают струи», — Джейсон Декстер, доцент Колорадского университета в Боулдере и координатор теории EHT. Рабочая группа, сообщила Space.com по электронной почте.
Связанный: Что такое горизонт событий черной дыры (и что там происходит)?
Чтобы запечатлеть черную дыру, коллаборация использовала восемь телескопов со всего мира, объединив их мощность для создания виртуального телескопа размером с Землю (EHT).
«Радиотелескопы EHT имеют приемники, которые регистрируют сигнал неба в поляризованном свете», — сказал Space Иван Марти-Видаль, также координатор рабочей группы поляриметрии EHT и заслуженный исследователь GenT в Университете Валенсии в Испании. ком. «Эти поляризованные приемники работают так же, как поляризованные солнцезащитные очки, которые используют некоторые люди».
Показав черную дыру в M87 через поляризованный свет, команда смогла лучше рассмотреть горизонт событий объекта , также известную как «точка невозврата», потому что это точка, в которой материя может приблизиться к черной дыре, не будучи втянутой внутрь. Им также удалось лучше изучить взаимодействие с аккреционным диском объекта, который представляет собой диск из горячего газа и другого рассеянного материала, который падает на черную дыру и закручивается вокруг нее.
Наблюдения команды и этот новый взгляд на объект в M87 углубляют понимание учеными структуры магнитных полей сразу за пределами черной дыры, поскольку остается загадкой, как из черной дыры испускаются струи, превышающие размер самой галактики.
дыра в его сердце.
«Астрономы долгое время считали, что магнитные поля, переносимые горячим газом вблизи черных дыр, играют важную роль в падении газа и в запуске релятивистских струй энергичных частиц в окружающую галактику. Поляризованное изображение, которое мы видим говорит нам о структуре и силе этих магнитных полей очень близко к черной дыре в M87, откуда запускается струя», — сказал Декстер.
Похожие: Изображения: Черные дыры Вселенной
На этом изображении показана струя в галактике M87 в поляризованном свете, полученная ALMA. Это изображение показывает структуру магнитного поля вдоль струи. (Изображение предоставлено ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al.)
Но эти наблюдения не только выявили магнитные поля на краю черной дыры в M87, они также показали, что газ там очень сильно намагничивается. .
«Основной вывод состоит в том, что мы не только видим магнитные поля вблизи черной дыры, как и ожидалось, но они также кажутся сильными.
Наши результаты показывают, что магнитные поля могут толкать газ и сопротивляться растяжению. Результат интересный ключ к тому, как черные дыры питаются газом и растут», — добавил Декстер.
«Мы до сих пор не знаем всех деталей того, как генерируются джеты, но мы знаем, что магнитные поля могут играть решающую роль», — сказал Марти-Видаль. В дальнейшем команда надеется продолжить наблюдения M87, сообщили они Space.com, не только в поляризации, но и «на разных длинах волн [света], чтобы построить более полную картину окружения черной дыры и исследовать [] магнитные поля. подробнее», — добавили они.
Эта работа была опубликована сегодня (24 марта) в двух статьях в The Astrophysical Journal Letters коллаборацией EHT, в которой приняли участие более 300 исследователей из организаций со всего мира. Документы можно найти здесь и здесь.
Напишите Челси Год по адресу [email protected] или подпишитесь на ее Twitter @chelsea_gohd. Следите за нами в Твиттере @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].
Челси «Фоксанна» Год присоединилась к Space.com в 2018 году и сейчас является старшим писателем, пишущим обо всем, от изменения климата до планетарной науки и пилотируемых космических полетов, как в статьях, так и в видео на камеру. Имея степень в области общественного здравоохранения и биологических наук, Челси писала и работала в таких учреждениях, как Американский музей естественной истории, Scientific American, Discover Magazine Blog, Astronomy Magazine и Live Science. Когда Челси «Фоксанна» Год не пишет, не редактирует и не снимает что-то космическое, она пишет музыку и выступает как Фоксанна, даже запуская песню в космос в 2021 году с Inspiration4. Вы можете следить за ней в Твиттере @chelsea_gohd и @foxannemusic.
астрономов опубликовали первое изображение реальной черной дыры | Космос
Это не симуляция.
Это не концепция художника. Это первое радиоизображение черной дыры в галактике M87. Это долгожданное изображение предоставляет самое убедительное на сегодняшний день доказательство существования сверхмассивных черных дыр и открывает новое окно в изучение черных дыр, их горизонтов событий и гравитации. Изображение предоставлено коллаборацией Event Horizon Telescope.
10 апреля 2019 года на скоординированных пресс-конференциях по всему миру исследователи обнародовали первое прямое визуальное свидетельство — фотографию, пусть и в «свете» радиоволн, сверхмассивной черной дыры. Изображение (вверху) является результатом многолетнего международного сотрудничества. Астрономы заявили, что в нем представлены наблюдения гигантской черной дыры в центре галактики M87, меняющие парадигму, в 55 миллионах световых лет от Земли. На изображении не видна сама черная дыра; черные дыры черные, потому что свет не может выйти из них, и поэтому сами дыры невидимы. Вместо этого изображение показывает то, что астрономы называют «тенью» черной дыры — яркое кольцо, образованное изгибами света под действием сильной гравитации вокруг дыры.
Между прочим, эта черная дыра в сердце M87 считается примерно в 6,5 миллиардов раз массивнее нашего Солнца.
Чтобы получить изображение, астрономы использовали Телескоп Горизонта Событий (@ehtelescope в Твиттере) — группу из восьми наземных радиотелескопов планетарного масштаба, разработанную специально для получения первого в мире снимка черной дыры.
Об этом прорыве было объявлено 10 апреля в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters . Сказать, что это большое дело для астрономов, значит ничего не сказать. Хотя черные дыры изучались десятилетиями, они были в основном теоретическими объектами. Все их изображения, которые вы когда-либо видели, до сих пор были компьютерными симуляциями или художественными представлениями.
Как сейчас выглядит твитдек научного журналиста pic.twitter.com/6bJxaOc22r
— Майкл Мойер (@mmoyr) 10 апреля 2019 г.
Директор проекта Event Horizon Telescope Шеперд С. Доулман из Гарвард-Смитсионского центра астрофизики заявил в своем заявлении:
Мы сделали первый снимок черной дыры. . Это выдающийся научный подвиг, совершенный командой из более чем 200 исследователей.
Если у вас есть время, вы также можете ознакомиться с сегодняшним утренним объявлением через повтор пресс-конференции:
И вот еще из заявления Телескопа горизонта событий (EHT):
Черные дыры — необычные космические объекты с огромной массой, но чрезвычайно компактными размерами. Присутствие этих объектов чрезвычайно сильно влияет на окружающую их среду, искривляя пространство-время и перегревая любой окружающий материал.
Несколько методов калибровки и визуализации выявили кольцеобразную структуру с темной центральной областью — тенью черной дыры — которая сохранялась в течение нескольких независимых наблюдений EHT.
Сверхмассивные черные дыры — это относительно крошечные астрономические объекты, что делает невозможным их прямое наблюдение до сих пор. Поскольку размер черной дыры пропорционален ее массе, чем массивнее черная дыра, тем больше ее тень. Благодаря своей огромной массе и относительной близости черная дыра M87, по прогнозам, станет одной из крупнейших видимых с Земли, что делает ее идеальной целью для EHT.
Тень черной дыры — это самое близкое к изображению самой черной дыры, которое мы можем получить, полностью темного объекта, из которого не может выйти свет. Граница черной дыры — горизонт событий, от которого EHT получила свое название, — примерно в 2,5 раза меньше тени, которую она отбрасывает, и имеет размер чуть менее 40 миллиардов километров [25 миллиардов миль] в поперечнике.
Телескоп Event Horizon объединяет телескопы по всему миру, образуя виртуальный телескоп размером с Землю. Масштаб размером с Землю дает ему поистине беспрецедентную чувствительность и разрешение: отсюда и первое в истории изображение черной дыры.
EHT является результатом многолетнего международного сотрудничества. Он предлагает ученым новый способ изучения самых экстремальных объектов во Вселенной, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна в год столетия исторического эксперимента, впервые подтвердившего теорию.
Доулман сказал:
Мы достигли того, что еще поколение назад считалось невозможным. Технологические прорывы, связи между лучшими радиообсерваториями мира и инновационные алгоритмы — все это вместе открыло совершенно новое окно в области черных дыр и горизонта событий.
И, как и все новые достижения в науке, этот новый шаг вперед обязательно вызовет новые вопросы! Их уже задают астрономы и любители астрономии…
Вопрос к знающим: Видим ли мы «северный полюс» черной дыры, за неимением лучшего термина? Если бы мне пришлось лететь на космическом корабле к краю этого газового кольца, было бы оно больше похоже на черную дыру в «Интерстеллар»? Или это будет выглядеть так же из-за относительности? pic.
