Содержание
Опубликован снимок черной дыры в центре Млечного Пути
12 мая на одновременно проведенных по всему миру пресс-конференциях астрономы опубликовали первое в истории изображение расположенного в центре Млечного Пути компактного радиоисточника Стрелец А*. Снимок доказывает, что он действительно является сверхмассивной черной дырой.
Первый в истории снимок Стрельца А* — черной дыры, расположенной в центре Млечного Пути. Источник: EHT Collaboration
Загадочный объект в центре Галактики
На протяжении многих лет ученые наблюдали обращение звезд вокруг какого-то невидимого, компактного и очень массивного тела в центре Млечного Пути. Этот объект получил название Стрелец А*. Измерения показали, что его масса превосходит массу Солнца в четыре миллиона раз. За годы наблюдений исследователи накопили много свидетельств, указывающих на то, что он представляет собой сверхмассивную черную дыру.
Но им требовалось решающее доказательство.
Расположение Стрельца А* на небе. Источник: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration
Проблема заключалась в том, что центр Млечного Пути закрыт плотными облаками, делающими невозможным его наблюдения в видимом диапазоне. Поэтому ученые обратились за помощью к радиоастрономии.
Телескоп горизонта событий
Задача съемки Стрельца А* была возложена на международную коллаборацию «Телескоп горизонта событий» (EHT). Она объединила свыше 300 ученых, 13 научных институтов и восемь крупнейших радиообсерваторий Земли, расположенных на четырех континентах. В 2017 году они наблюдали центр Млечного Пути в течение многих дней. Данные накапливались на протяжении многих часов, подобно тому, как это происходит во время длинных экспозиций с фотокамерой. Затем они обрабатывались при помощи суперкомпьютера.
Коллаж обсерваторий, участвующих в проекте «Телескоп горизонта событий». Источник: ESO/M. Kornmesser
Напомним, что в 2019 году EHT опубликовала историческое изображение черной дыры, находящейся в центре галактики М87.
Казалось бы, съемка намного ближе расположенного Стрельца А* являлась намного более простой задачей, и мы уже давно должны были увидеть его снимок. Но это не так.
Расположение обсерваторий проекта «Телескоп горизонта событий». Источник: ESO/M. Kornmesser
Дело в том, что масса черной дыры в центре М87 составляет 6,5 млрд масс Солнца. Таким образом она в 1500 раз массивнее Стрельца А*. Измерения показали, что газ в окрестности обеих черных дыр движется с одинаковой скоростью, почти равной скорости света. Но на то, чтобы совершить один оборот вокруг намного большей по размеру дыры в центре галактики M87, ему требуется от нескольких дней до нескольких недель. В свою очередь газ совершает один оборот вокруг Стрельца А* всего за несколько минут. Из-за этого его яркость и структура времени наблюдений на EHT менялась очень быстро, что серьезно усложняло задачу получения изображения.
Процесс получения изображения черной дыры в центре Млечного Пути. Источник: EHT Collaboration
Поэтому исследователям пришлось разработать новые сложные алгоритмы и программы, чтобы промоделировать движения газа вокруг Стрельца А*.
Изображения черной дыры усреднялись по многим различным индивидуальным визуализациям, пока наконец EHT не удалось впервые выявить тень гигантского монстра, затаившегося в центре Галактики.
Фотография черной дыры
Так что же запечатлено на снимке EHT? Хоть мы и не можем видеть саму черную дыру, так как она действительно абсолютно черная, ее выдает окружающий светящийся газ. Благодаря этому мы наблюдаем темную центральную область (называемую тенью), окруженную яркой кольцеобразной структурой. Изображение сформировано световыми лучами, искривленными мощной гравитацией Стрельца А*. По словам исследователей, они были поражены тем, насколько точно размер кольца согласуется с предсказаниями Общей теории относительности Эйнштейна (ОТО).
Также можно обратить внимание, что, несмотря на существенную разницу в массе, снимок Стрельца А* напоминает изображение дыры в центре галактики М87. Это говорит о том, что они подчиняются правилам ОТО, а любые видимые отличия обусловлены окружающим их веществом.
Сравнение размеров черных дыр в центре Млечного Пути и в центре галактики М87. Источник: EHT collaboration
Теперь в распоряжении астрономов имеются изображения двух черных дыр очень разных размеров. Это дает возможность проводить сравнения и использовать их для тестирования теорий и моделей поведения газа в окрестностях сверхмассивных черных дыр. Подобные процессы еще далеки от полного понимания, но, по всей видимости, именно они играют ключевую роль в образовании и эволюции галактик.
Также стоит отметить, что проект EHT продолжает развиваться и к нему присоединяются новые обсерватории. Дальнейшее расширение сети телескопов и работы по их техническому усовершенствованию должны позволить астрономам уже в ближайшем будущем получить еще более впечатляющие изображения и, возможно, даже видео о черных дырах.
По материалам https://www.eso.org
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
ESO Млечный путь Черная дыра
Астрономы уточнили массу сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути
Астрономы из коллаборации GRAVITY опубликовали самые точные на сегодняшний день оценки массы и расстояния до сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
Сделать это им помогли данные наблюдений наземных телескопов за несколькими близкими к черной дыре звездами. Статья опубликована в журнале Astronomy&Astrophysics.
Вблизи сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути вращаются звезды из S-скопления, которые сыграли в истории астрономии крайне важное значение, позволив в 2002 году подтвердить существование самой черной дыры, связанной с компактным радиоисточником Стрелец А*. Астрономы уже много лет ведут за ними наблюдения, которые помогают проверить ряд явлений, предсказанных Общей теорией относительности. В частности, наблюдения за звездой S2, которая три года назад приблизилась к черной дыре на расстояние менее 20 миллиардов километров, позволили астрономам из коллаборации GRAVITY впервые подтвердить предсказанные особенности движения звезды в сильном гравитационном поле, наложить ограничения на нарушаемость принципа локальной пространственной инвариантности и увидеть прецессию Шварцшильда орбиты звезды.
Группа астрономов во главе с Райнхардом Генцелем (Reinhard Genzel) из Института внеземной физики Общества Макса Планка и коллаборации GRAVITY опубликовала новые результаты анализа данных наблюдений за близкими к Стрельцу А* звездами, полученными в период с 2017 по 2021 год при помощи приемника GRAVITY, работавшего в составе интерферометра VLTI, который включает в себя все четыре телескопа комплекса VLT.
Кроме того, ученые использовали данные наблюдений приемников NACO и SINFONI, установленных на отдельных телескопах VLT, а также NIRC2 и GNIRS, установленных на телескопах обсерваторий Кека и «Джемини-Север». Целями наблюдений стали звезды S2, S29, S38 и S55, а также S300, которая ранее не регистрировалась.
Чтобы достичь очень высокой детализации изображений звезд, получаемых на VLTI, исследователи использовали метод теории информационного поля. Он заключается в создании модели источников излучения и последующем сравнении реальных данных, получаемых GRAVITY, с моделью, что позволило точно отслеживать отдельные звезды.
Звезды продемонстрировали значительное ускорение своего движения в период с марта по июль 2021 года, поскольку проходят перицентры своих орбит вокруг черной дыры в период с 2018 по 2023 год. В частности, S29 находится на орбите с периодом 90 лет и прошла свой перицентр в конце мая 2021 года, оказавшись на минимальном расстоянии сто астрономических единиц от Стрельца А*.
При этом звезда двигалась со скоростью 8740 километров в секунду.
В итоге удалось уточнить массу черной дыры, которая составила (4,297±0,012)×106 масс Солнца, и расстояние до нее — 8277±9 парсек. Ожидается, что в 2022 году звезды S38 и S42 пройдут перицентры своих орбит, а ввод в строй будущего приемника GRAVITY+ и телескопа ELT позволит увеличить чувствительность и детализацию наблюдений, что позволит найти другие звезды вокруг черной дыры.
Ранее мы рассказывали о том, как выглядят окрестности сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.
Александр Войтюк
Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.
Sgr A* — Сверхмассивная черная дыра в Млечном Пути
Версия для печати
Дополнительная информация с сайта www.astronomynotes.com
- Галактический центр
Самый центр нашей Галактики в ядре балджа расположен в направлении созвездия Стрельца.
Пыль становится все гуще и гуще по мере того, как мы смотрим в центр Галактики, поэтому лучшие варианты наблюдения за центром Галактики — это радиоволны и инфракрасный свет. Исследователи из Военно-морской исследовательской лаборатории использовали данные, полученные с помощью Очень большого массива данных Национальной радиоастрономической обсерватории, для создания изображения Галактического центра в радиоволнах, показанного здесь.
Рисунок 8.13: Радиоизображение Галактического Центра, включая Стрелец А, местоположение точного центра Галактики.
Авторы и права: Kassim et al. Военно-морская исследовательская лаборатория, Астронет > Галактический центр радиоволн
Некоторые из объектов, видимых в этом регионе, помечены как Стрелец (или Sgr для краткости) A, B, C и т. на изображениях с более низким разрешением. Объекты с SNR в названии являются остатками сверхновых, что должно указывать на то, что это область галактики, где формируются молодые массивные звезды. Ясно, что это очень сложная область Млечного Пути с множеством перекрывающихся структур.
Однако астрономы использовали множество различных типов наблюдений на разных длинах волн, чтобы узнать еще больше о Галактическом центре. Например, приведенное ниже изображение из рентгеновской обсерватории Чандра, сделанное командой почетного профессора штата Пенсильвания Гордона Гармайра, показывает, что Стрелец А может быть сокращен до нескольких источников, включая яркий маленький источник под названием Стрелец А*:
Рисунок 8.14: Изображение Стрельца A от Chandra, показывающее, как его можно разложить на мелкие детали, включая небольшой точечный источник, называемый Стрельцом A*.
Авторы и права: Рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» и Университет штата Пенсильвания.
Если мы вернемся к радионаблюдениям Sgr A, то изображение ниже получено из Очень большого массива, и оно показывает, что в нескольких центральных парсеках есть спиральная структура, состоящая из газа, которая окружает центральный точечный источник (Sgr A *). Кажется, что газ вращается вокруг Sgr A*, что является ключом к пониманию природы этого объекта.
Рис. 8.15: Радиоизображение NRAO VLA Sgr A West, на котором видно, что точечный источник в центре Галактики окружен чем-то вроде спиральных газовых рукавов, вращающихся вокруг этого объекта.
Авторы и права: Roberts et al. NRAO / AUI ./ NSF
Теперь рассмотрим природу Sgr A* в частности. Этот объект излучает большое количество излучения в инфракрасном, рентгеновском и гамма-лучах. Он кажется неподвижным, но мы видим газ, явно вращающийся вокруг источника. Недавние наблюдения за звездами, которые также вращаются вокруг Sgr A*, дали нам новый взгляд на природу этого объекта. См. Групповую анимацию звезд, вращающихся вокруг Sgr A *, созданную Калифорнийским университетом в Лос-Анджелесе.
Используя ИК-камеры с самым высоким разрешением, астрономы неоднократно наблюдали за звездами, вращающимися вокруг Стрельца A*. Они измерили орбиту звезды, которая находится на расстоянии 17 световых часов от объекта в ядре нашей Галактики, что всего в несколько раз больше, чем орбита Плутона вокруг Солнца.
Используя законы Кеплера, если мы измерим период и большую полуось орбиты этой звезды вокруг Sgr A*, мы сможем вычислить массу этого объекта. Масса, полученная в результате изучения этой звезды и других близких звезд, составляет 4 миллиона солнечных масс! Единственный тип объекта, который, по мнению астрономов, может иметь массу примерно 4 миллиона звезд, но радиус около 100 астрономических единиц, — это черная дыра. Ясно, что взрыв сверхновой одной звезды никогда не мог породить единственную черную дыру с такой большой массой, поэтому этот объект должен был образоваться по-другому. Sgr A * является одним из примеров класса объектов, называемых сверхмассивными черными дырами или сверхмассивными черными дырами.
В контексте Млечного Пути в целом Стрелец А* считается самым центром Галактики. Однако вы должны иметь в виду, что этот объект находится в центральной части галактики ~100 а.е., радиус которой составляет около 30 килопарсек или более, поэтому на каждом изображении Галактики Млечный Путь, которое вы видели до сих пор, Стрелец A* будет намного меньше, чем один пиксель в центре изображения.
‹ Многоволновый Млечный Путь
вверх
Кривая вращения Млечного Пути ›
Новое исследование показывает, что 99,9% массы в центре нашей галактики приходится на черную дыру
Проведя самые точные измерения движения звезд вокруг Стрельца А*, сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Кстати, астрономы подсчитали, что ошеломляющие 99,9 процента массы, содержащейся в самом центре галактики, связаны с черной дырой, и только 0,1 процента могут включать звезды, меньшие черные дыры, межзвездную пыль и газ или темную материю.
В центре нашей галактики, расположенной примерно в 27 000 световых лет от Солнца, находится сверхмассивная черная дыра, масса которой в 4,3 миллиона раз превышает массу Солнца.
Хотя ученые давно подозревали, что этот компактный радиоисточник, известный как Стрелец A* или сокращенно Sgr A*, действительно является черной дырой, только после многих лет кропотливых наблюдений за движением звезд вокруг Sgr A* к подтверждению существования черной дыры.
Эту новаторскую работу возглавили группы под руководством Рейнхарда Гензеля и Андреа Гез, и их усилия принесли дуэту половину Нобелевской премии по физике в 2020 году9.0003
С тех пор Гензель и его коллеги работали над подтверждением более подробной информации о Стрельце А*, в частности, действительно ли общая теория относительности является правильной теорией гравитации в этой экстремальной лаборатории, и есть ли что-нибудь еще скрытое в центре Млечного Пути.
«Самый простой способ ответить на этот вопрос — внимательно следить за орбитами звезд, проходящих вблизи Стрельца A*», — говорит Стефан Гиллессен, один из астрономов, которые намеревались сделать именно это.
Согласно предсказанию общей теории относительности Эйнштейна, звезды, вращающиеся вокруг сверхмассивного компактного объекта, будут очерчивать элегантную форму розетки при движении вокруг него. Это известно как прецессия Шварцшильда.
Измерение мельчайших вариаций орбит далеких звезд вокруг сверхмассивной черной дыры нашей галактики невероятно сложно, но, отслеживая положение и скорость четырех звезд, S2, S29, S38 и S55, с помощью спектрографа ближнего инфракрасного диапазона Gemini (GNIRS ) в Gemini North и инструменте SINFONI на Очень Большом Телескопе Европейской южной обсерватории команда обнаружила, что звезды следовали этому предсказанному прецессионному движению.
Более того, из наблюдений команда смогла сделать вывод о распределении массы внутри Sgr A*.
Они обнаружили, что любая протяженная масса в пределах орбиты звезды S2 составляет не более 0,1 процента массы сверхмассивной черной дыры. Это означало, что масса в центре Млечного Пути почти полностью обусловлена черной дырой Стрельца A*, оставляя очень мало места для чего-либо еще.
«Мы очень благодарны обсерватории Джемини, чей инструмент GNIRS дал нам важную информацию, в которой мы нуждались», — сказал Гензел, который также является директором Института внеземной физики им. Макса Планка. «Это исследование демонстрирует лучшее сотрудничество по всему миру».
Команда планирует измерять еще более слабые звезды с еще большей точностью, но для этого им придется подождать, пока не появятся такие телескопы, как Гигантский Магелланов Телескоп и Тридцатиметровый Телескоп (оба являются частью программы US-ELT). ) вступают в строй.
«В будущем мы еще больше улучшим нашу чувствительность, что позволит нам отслеживать еще более слабые объекты», — заключил Гиллессен.