Масса черной дыры в центре млечного пути: Опубликован снимок черной дыры в центре Млечного Пути |

Содержание

Опубликован снимок черной дыры в центре Млечного Пути

12.05.202212.05.2022

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

Опубликован снимок черной дыры в центре нашей галактики: kiri2ll — LiveJournal

Category:

catIsShown({ humanName: ‘космос’ })» data-human-name=»космос»> Космос
Cancel

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.

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 ученые накопили много свидетельств, указывающих на то, что он представляет собой сверхмассивную черную дыру. Но им требовалось решающее доказательство.

Проблема заключалась в том, что центр Млечного пути закрыт плотными облаками, делающими невозможным его наблюдения в видимом диапазоне. Поэтому исследователи обратились к возможностям радиоастрономии.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 подряд, подобно тому, как это происходит во время длинных экспозиций с фотокамерой. Затем они обрабатывались при помощи суперкомпьютера.Напомню, 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 ее снимок. Но это не так.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 время наблюдений на EHT менялась очень быстро, что серьезно усложняло задачу получения изображения.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 нашей Галактики.

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.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.

Tags: Астрономия, космос, черные дыры

Subscribe to Telegram channel kiri2ll

ALMA нашел сгусток горяче газа на орбите вокруг черной дыры в центре Млечного пути
Благодаря комплексу радиотелескопов ALMA астрономы зафиксировали признаки существования горячего пятна на орбите вокруг Стрельца A* —…
Астрономы нашли черную дыру в двойной системе
Международная команда исследователей объявила об обнаружении ранее неизвестной черной дыры. Она входит в состав двойной системы, вторым компонентом…
Cлияние черной дыры и нейтронной звезды смоделировали на суперкомпьютере
Используя суперкомпьютер, команда исследователей из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Японии впервые полностью смоделировала…

Photo

Hint http://pics.livejournal.com/igrick/pic/000r1edq

Previous

← Ctrl

← Alt

Ctrl →

Alt →

ALMA нашел сгусток горяче газа на орбите вокруг черной дыры в центре Млечного пути
Благодаря комплексу радиотелескопов ALMA астрономы зафиксировали признаки существования горячего пятна на орбите вокруг Стрельца A* —…
Астрономы нашли черную дыру в двойной системе
Международная команда исследователей объявила об обнаружении ранее неизвестной черной дыры. Она входит в состав двойной системы, вторым компонентом…
Cлияние черной дыры и нейтронной звезды смоделировали на суперкомпьютере
Используя суперкомпьютер, команда исследователей из Института гравитационной физики Общества Макса Планка и Японии впервые полностью смоделировала…

Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик

Автор: Кулькова Светлана

12.05.2022 18:45

Интересное

Теги:

галактика
черная дыра

Как показали наблюдения, Вселенная создает черные дыры широкого диапазона масс и размеров. Не ограничивается только умирающими звездами-гигантами, а рождает монстров в десятки миллиардов раз массивнее. Один из таких монстров расположен в ядре нашей Галактики…

В центре Млечного пути находится так называемый яркий радиоисточник Стрелец А. Долгое время для ученых оставалось полнейшей загадкой, какое грандиозное событие генерирует этот необычайно мощный радиопоток, вращающийся с огромной скоростью.

Поскольку центр нашей Галактики закрыт плотными облаками пыли, разглядеть источник сигнала обычными телескопами затруднительно. Но это стало возможным благодаря телескопам, воспринимающим инфракрасные волны и рентгеновское излучение, которое свободно проходит сквозь заслонявшие обзор пылевые облака.

12 мая 2022 года проект Event Horizon Telescope (EHT) опубликовал снимок ядра галактики Млечный путь, где находится сверхмассивная черная дыра Sagittarius A* (изображение слева). Этот снимок стал вторым в истории изображением сверхмассивной черной дыры. Первое изображение было получено 3 года назад и показало нам силуэт сверхмассивной черной дыры в галактике М87.

В ЦЕНТРЕ ГАЛАКТИКИ МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ

Благодаря многолетним тщательным наблюдениям астрономы теперь увидели, что в ядре нашей Галактики расположена сверхмассивная черная дыра. Ее масса составляет около 4,3 миллионов солнечных масс, а сфера горизонта событий имеет диаметр 25,4 миллионов километров. Галактическую черную дыру окружает гигантский аккреционный диск, состоящий из раскаленного газа и вращающийся со ошеломительной скоростью (до 30 % скорости света вблизи горизонта событий).

Изображение окрестностей галактического центра Млечного Пути (Sgr A* — положение черной дыры)

Изображение: Chandra (NASA)

Вблизи этой сверхмассивной чёрной дыры наблюдаются отдельные звёзды. Благодаря высокой разрешающей способности современных телескопов были рассчитаны точные орбиты ближайших к центру Галактики 28 звёзд. Наиболее интересной среди которых является звезда S2. За время наблюдений (1992—2021), она сделала почти два полных оборота вокруг чёрной дыры, что позволило с большой точностью оценить параметры её орбиты. Период обращения вокруг центра Галактики этой звезды составляет 15 лет.

Траектории звёзд, ближайших к центру Галактики по данным наблюдений 1995—2003 годов

В спокойном состоянии объект Стрелец А* излучает в радио, рентгеновском и гамма-диапазонах, но в моменты активности яркость вспышек излучения, которые случаются ежедневно в течение нескольких часов, повышается в 10—100 раз!

ВЫБРОСЫ ПЛАЗМЫ И ПУЗЫРИ ФЕРМИ

У активных галактик наблюдаются струи плазмы, вырывающиеся из их ядер. Причиной появления таких струй часто является взаимодействие магнитных полей с аккреционным диском вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Как уже известно, притянутая черной дырой материя кружится по спирали вокруг нее, сильно ускоряясь у горизонта событий (границы черной дыры), и часть ее вырывается в виде двух мощных струй (джетов), которые устремляются наружу с полюсов черной дыры почти со скоростью света прочь от нее.

Анатомия черной дыры

Недавние исследования также показали, что в прошлом из ядра нашей Галактики был мощный выброс потока материи в обе стороны от плоскости Млечного пути. Вообще наша черная дыра «спокойнее» многих других, которые активно поглощают окружающее вещество в галактиках.

Внутренняя структура центра активной галактики

Изображение Astrogalaxy.ru

В ноябре 2010 года космический гамма-телескоп Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) обнаружил две крупные структуры, расположенных над и под центром нашей Галактики. Они располагаются перпендикулярно плоскости Млечного Пути и простираются на 50 тысяч световых лет (при диаметре самой Галактики в 100 тысяч световых лет). Структура, которая видна только в рентгеновском диапазоне длин волн, имеет форму песочных часов и занимает половину видимого неба — от созвездия Девы до созвездия Журавля.

Пузыри «Ферми»
Розовым показаны области гамма-излучения, синим — области рентгеновского излучения

Изображение NASA’s Goddard Space Flight Center

Подобные структуры были обнаружены и в других галактиках, например, у галактики Андромеды (М31). Ее размеры тоже около 21-25 тысяч световых, а яркость даже выше, благодаря наличию более массивной черной дыры в центре Андромеды.

Скорее всего, около 1-2 миллионов лет назад в центре Млечного Пути происходили какие-то взрывные процессы — предположительно, из-за слишком активного падения вещества на черную дыру. Возможно, пару миллионов лет назад наша центральная черная дыра пыталась проглотить что-то очень массивное (возможно, звездное скопление или плотное облако межзвездной пыли), что привело к образованию этих пузырей.

Многолетние наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл показали, что большинство галактик предположительно имеют сверхмассивные черные дыры в центре (на это указывали выбросы-выхлопы и интенсивное излучение из ядер галактик), и астрономы занялись поиском способов запечатлеть эти невидимые гипотетические объекты — для этого понадобилось скоординировать работу радиотелескопов по всей планете в единую глобальную сеть.

ПЕРВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ

В 2019 году ученым удалось собрать первое в мире изображение черной дыры в ядре эллиптической галактики Мессье 87, расположенной на расстоянии 500 миллионов триллионов километров (53 миллиона световых лет). Галактика М87 расположена у верхней границы созвездия Девы, чуть ниже созвездия Волосы Вероник, и находится вблизи центра Скопления Девы и является самой крупной галактикой и массивной в нем. Сверхмассивная черная дыра в ее центре имеет ширину в 40 миллиардов километров и в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца.

На изображении слева, полученном рентгеновской обсерваторией Chandra — центральная область галактики М87 и вырывающийся из неё отчетливый джет плазмы

(у нашей галактической черной дыры Sgr A* активного сейчас джета нет).

На вставке (справа) — первое изображение тени чёрной дыры, окруженной разогретым до огромных температур веществом.

Источник: NASA/CXC/Villanova University/J. Neilsen, Event Horizon Telescope Collaboration, chandra.harvard.edu

Для получения этого снимка астрономы объединили в глобальную сеть восемь телескопов со станциями интерферометрии (VLBI) по всей Земле. Радиотелескопы находятся, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе. Проект EHT (Event Horizon Telescope) стартовал в апреле 2017 года, когда астрономы начали следить за черными дырами в галактике М87 и в нашей галактике Sgr A* (Стрелец А*).

Проект EHT (Event Horizon Telescope)

Наблюдения проекта позволили построить подробные карты области вокруг черной дыры, с угловым разрешением 20 угловых микросекунд. Ученые обрабатывали полученную с помощью EHT информацию на суперкомпьютере в обсерватории Хайстак (Массачусетский технологический институт, США) и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия) на протяжении двух лет, прежде чем продемонстрировали первую в истории фотографию черной дыры.

Изображение аккреционного диска вокруг черной дыры в центре галактики M87

Отдельные «черточки» показывают направление силовых линий магнитного поля в аккреционном диске.

Изображение: eso.org

ПЕРВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ В ЦЕНТРЕ НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ

С тех пор усилия ученых были направлены на получения такого же подробного изображения черной дыры Sgr A* (Стрелец А*) в центре Млечного Пути. При съемке черной дыры Стрелец A* было получено шесть тысяч терабайт данных, анализ и обработка которых заняли несколько лет. В проекте EHT задействовали уже 11 телескопов, данные обрабатывают 300 научных сотрудников из 80 институтов по всему миру. И вот сегодня, 12 мая 2022 года, на пресс-конференции из Южной Европейской Обсерватории (ESO) было представлено первое изображение сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике.

Получить эту фотографию оказалось намного сложнее, чем для галактики М87, поскольку раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры Млечного пути, совершает полный оборот всего за пару минут, из-за чего структурные детали объекта меняются очень быстро, и в итоге изображение при длительной выдержке получается сильно размытым. Ученым пришлось в помощью различных вычислительных методов усреднить тысячи визуализаций по данным наблюдений с разных обсерваторий, задействованных в проекте «Event Horizon Telescope». Была проведена просто колоссальная работа, чтобы показать всему миру этот казалось бы «размытый бублик», но для научного мира это поистине сенсационное событие!

Изображение силуэта сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, полученное в радиодиапазоне при помощи сети радиотелескопов

Сравнительные размеры черных дыр в центрах галактик М87 и Млечный Путь — наша чёрная дыра Sgr A* крошечная по сравнению с М87*.

Объект Стрелец А* помещается в орбиту Меркурия, тогда как чёрная дыра М87* намного больше размеров Солнечной системы.

Изображение: Event Horizon Telescope (EHT)

Существование черных дыр следует из Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, считающейся сегодня стандартной теорией гравитации. Полученный снимок черной дыры Стрелец A*, расположенной в центре Млечного Пути на расстоянии примерно 27 тысяч световых лет от Земли и превосходящей по массе Солнце в 4 миллиона раз — это первое визуальное свидетельство присутствия черной дыры в центре нашей Галактики.

В дальнейшем перед учеными стоит задача выяснить, почему одни черные дыры являются центрами сверхсильных источников излучения, как например квазары, в то время как другие, в том числе наш Стрелец A*, довольно спокойны. Стоит отметить, что помимо обычных галактик во Вселенной есть так называемые квазары, являющихся одними из самых ярких в видимой Вселенной. Один квазар светит, как несколько сотен миллиардов звезд одной Галактики. Несмотря на огромные расстояния, на которых наблюдают квазары, выглядят они как обычные звезды, расположенные намного ближе, поэтому их назвали квази-звездными объектами, сокращенно квазарами. В центрах этих сверхярких галактик также находятся ненасытные сверхмассивные черные дыры, при этом они выделяют невероятное количество энергии в космос и уничтожают всё до чего могут дотянуться…

О квазарах в следующем материале… (в разработке)

Телескопы

получают невероятный вид на черную дыру Млечного Пути

Узнайте, как ученые сделали первое изображение Стрельца A*, почему оно важно и как превратить его в возможность обучения для учащихся.

В центре нашей родной галактики, Млечного Пути, находится сверхмассивная черная дыра, но мы никогда ее не видели — до сих пор. Телескоп Event Horizon, финансируемый Национальным научным фондом, опубликовал первое изображение нашей галактической черной дыры, Стрельца A* (произносится как «Стрелец A-star» и сокращенно Sgr A*).

Читайте дальше, чтобы узнать, как было получено изображение, и узнать больше о черных дырах и Стрельце A*. Затем изучите ресурсы, чтобы привлечь учащихся к увлекательной теме черных дыр.

Перейти к

Как работают черные дыры
Почему они важны
Как ученые изобразили Стрельца A*
Научите

Как работают черные дыры притяжение настолько сильное, что ничто, даже свет, не может ускользнуть от него. Внешний край черной дыры, называемый ее горизонтом событий, определяет сферическую границу, где скорость, необходимая для побега, превышает скорость света. Вещество и излучение падают внутрь, но не могут выбраться. Поскольку даже свет не может убежать, черная дыра буквально черная. Вопреки смыслу их названия, черные дыры не пусты. На самом деле черная дыра содержит большое количество материи, упакованной в относительно маленькое пространство. Черные дыры бывают разных размеров и могут существовать в космосе.

Мы можем многое предположить о происхождении черных дыр по их размеру. Ученым известно, как формируются одни типы черных дыр, но образование других остается загадкой. Существует три различных типа черных дыр, классифицируемых по размеру: звездные, промежуточные и сверхмассивные черные дыры.

Черные дыры звездной массы встречаются по всей нашей галактике Млечный Путь, и их масса примерно в 100 раз меньше массы нашего Солнца. Они составляют одну из возможных конечных точек жизни массивных звезд. Звезды подпитываются ядерным синтезом водорода, который образует гелий и другие элементы глубоко в их недрах. Отток энергии из центральных областей звезды обеспечивает давление, необходимое для того, чтобы звезда не разрушилась под собственным весом.

На этом рисунке показана двойная система, содержащая черную дыру звездной массы под названием IGR J17091-3624. Сильная гравитация черной дыры слева оттягивает газ от звезды-компаньона справа. Этот газ образует диск горячего газа вокруг черной дыры, и ветер отгоняется от этого диска. Изображение предоставлено: NASA/CXC/M. Weiss | › Полное изображение и подпись

Как только топливо в ядре массивной звезды полностью выгорает, звезда коллапсирует, иногда вызывая взрыв сверхновой, высвобождающий огромное количество энергии, обнаруживаемой в электромагнитном спектре. Если масса звезды более чем в 25 раз превышает массу нашего Солнца, может образоваться черная дыра звездной массы.

Черные дыры промежуточной массы имеют массу примерно в 100–100 000 раз больше массы нашего Солнца. До недавнего времени существование черных дыр промежуточной массы только предполагалось. Рентгеновская обсерватория НАСА Чандра идентифицировала несколько кандидатов в черные дыры промежуточной массы, наблюдая рентгеновские лучи, испускаемые газом, окружающим черную дыру. Лазерная интерферометрическая гравитационно-волновая обсерватория, или LIGO, финансируемая Национальным научным фондом, обнаружила слияние двух черных дыр звездной массы с массами в 65 и 85 раз больше массы нашего Солнца, образуя черную дыру промежуточной массы в 142 массы Солнца. (Некоторая часть массы была преобразована в энергию, и около девяти солнечных масс было излучено в виде гравитационных волн.)

Сверхмассивные черные дыры содержат от миллиона до миллиарда раз большую массу, чем черная дыра звездной массы. Ученые не уверены, как образуются сверхмассивные черные дыры, но одна из теорий состоит в том, что они возникают в результате объединения черных дыр звездной массы.

На этой диаграмме показаны относительные массы сверхплотных космических объектов, начиная от белых карликов и заканчивая сверхмассивными черными дырами, заключенными в ядрах большинства галактик. | › Полное изображение и подпись

Черная дыра в нашем местном галактическом центре, Стрелец A*, является сверхмассивной черной дырой с массой около четырех миллионов солнц, что довольно мало для сверхмассивной черной дыры. Космический телескоп НАСА «Хаббл» и другие телескопы определили, что во многих галактиках есть сверхмассивные черные дыры в их центре.

На этом изображении показан центр галактики Млечный Путь, а также увеличенный вид Стрельца A*. Он был получен путем объединения рентгеновских изображений с рентгеновской обсерватории НАСА Чандра (синие) и инфракрасных изображений с космического телескопа Хаббла (красный и желтый). На вставке показан Sgr A* только в рентгеновском излучении, покрывающий область шириной в полсветового года. Изображение предоставлено: Рентген: NASA/UMass/D.Wang et al., IR: NASA/STScI | › Полное изображение и подпись

Почему они важны

Черные дыры притягивают всех, от маленьких детей до профессиональных астрономов. В частности, для астрономов важно узнать о Стрельце А*, потому что это дает представление о формировании нашей галактики и самих черных дыр.

Понимание физики образования и роста черных дыр, а также окружающей их среды дает нам представление об эволюции галактик. Хотя Стрелец A* находится на расстоянии более 26 000 световых лет (152 квадриллиона миль) от Земли, это ближайшая к нам сверхмассивная черная дыра. Ее формирование и физические процессы влияют на нашу галактику, поскольку галактическая материя постоянно пересекает горизонт событий, увеличивая массу черной дыры.

Изучение черных дыр также помогает нам глубже понять, как взаимодействуют пространство и время. По мере приближения к черной дыре течение времени замедляется по сравнению с течением времени вдали от черной дыры. На самом деле, согласно общей теории относительности Эйнштейна, вблизи любого массивного объекта течение времени замедляется. Но требуется невероятно массивный объект, такой как черная дыра, чтобы заметно изменить течение времени. Нам еще многое предстоит узнать о том, что происходит со временем и пространством внутри черной дыры, поэтому чем больше мы их изучаем, тем больше мы можем узнать.

Как ученые изобразили Стрельца A*

Черные дыры, невидимые человеческому глазу, можно обнаружить, наблюдая за их воздействием на близлежащее пространство и материю. Из-за своей огромной массы черные дыры обладают чрезвычайно высокой гравитацией, которая с большой скоростью притягивает окружающий материал, в результате чего этот материал сильно нагревается и испускает рентгеновские лучи.

В этом видео показано, как в Стрельце A* до сих пор сохранились остатки струи, похожей на паяльную лампу, возраст которой насчитывает несколько тысяч лет. Предоставлено: НАСА | Смотреть на YouTube

Телескопы, обнаруживающие рентгеновское излучение, такие как рентгеновская обсерватория Чандра НАСА, могут отображать материал, скручивающийся в черную дыру, и определять ее местоположение. Космический телескоп НАСА «Хаббл» может измерять скорость газа и звезд, вращающихся вокруг точки в космосе, которая может быть черной дырой. Ученые используют эти измерения скорости для определения массы черной дыры. Хаббл и Чандра также могут отображать эффекты гравитационного линзирования или искривления света, возникающего в результате гравитационного притяжения черных дыр или других объектов с большой массой, таких как галактики.

Тонкие голубые узоры в виде мишени на этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббла, называются «кольцами Эйнштейна». Кляксы представляют собой гигантские эллиптические галактики, находящиеся примерно от 2 до 4 миллиардов световых лет от нас. А узоры в виде мишени создаются из-за того, что свет от галактик, находящихся в два раза дальше, искажается в круглые формы под действием гравитации гигантских эллиптических галактик. | › Полное изображение и подпись

Чтобы получить непосредственное изображение вещества, окружающего черную дыру, и тем самым выявить силуэт самой черной дыры, ученые со всего мира объединились для создания телескопа горизонта событий. Телескоп Event Horizon использует объединенную мощность многочисленных телескопов по всему миру, которые могут обнаруживать излучение радиоволн с неба, чтобы создать виртуальный телескоп размером с Землю.

Это видео, рассказанное Кэти Боуман из Калифорнийского технологического института, объясняет, как ей и ее коллегам по команде в рамках проекта Event Horizon Telescope удалось сфотографировать Стрельца A* (Sgr A*), чудовищную черную дыру, расположенную на расстоянии 27 000 световых лет от нас. в сердце нашей галактики Млечный Путь. Кредит: Калифорнийский технологический институт | Смотреть на YouTube

В 2019 году команда опубликовала первое изображение силуэта черной дыры, когда они запечатлели светящиеся газы, окружающие галактическую черную дыру M87* на расстоянии почти 53 миллионов световых лет (318 квинтиллионов миль) от Земли. Затем команда объявила, что одной из их следующих попыток будет создание образа Стрельца A*.

Это изображение светящихся газов, окружающих черную дыру M87*, полученное телескопом Event Horizon в 2019 году, стало первым изображением черной дыры, когда-либо полученным. Изображение предоставлено: Сотрудничество с телескопом Event Horizon | + Expand image

Чтобы провести новейшее наблюдение, Телескоп Горизонта Событий сфокусировал множество наблюдательных платформ в центре Млечного Пути. Массив телескопов — это группа телескопов, расположенных таким образом, что в совокупности они функционируют аналогично одному гигантскому телескопу. В дополнение к телескопам, использованным для получения изображения M87*, к решетке присоединились еще три радиотелескопа для получения изображения Стрельца A*: Гренландский телескоп, 12-метровый телескоп Китт-Пик в Аризоне и Северный расширенный миллиметровый массив, или NOEMA во Франции.

Это изображение центра нашей галактики Млечный Путь, представляющее площадь около 400 световых лет в поперечнике, было преобразовано в звук. Слушайте различные инструменты, представляющие данные, полученные рентгеновской обсерваторией Чандра, космическим телескопом Хаббл и космическим телескопом Спитцер. Данные Хаббла очерчивают энергетические области, в которых рождаются звезды, а данные Спитцера фиксируют светящиеся облака пыли, содержащие сложные структуры. Рентгеновские лучи от Чандры показывают газ, нагретый до миллионов градусов в результате звездных взрывов и истечения из Стрельца А*. Предоставлено: Рентгеновская обсерватория Чандра | Смотреть на YouTube

Расстояние от центра Стрельца A* до его горизонта событий, известное как радиус Шварцшильда, огромно и составляет семь миллионов миль (12 000 000 километров или 0,08 астрономической единицы). Но его видимый размер, если смотреть с Земли, крошечный, потому что он так далеко. Видимый радиус Шварцшильда для Стрельца A* составляет 10 угловых микросекунд, что примерно равно угловому размеру большой ягоды черники на Луне.

Для получения хорошего изображения большого объекта, который кажется крошечным при наблюдении с Земли, требуется телескоп с необычайно высоким разрешением или способность обнаруживать мельчайшие возможные детали изображения. Чем лучше разрешение, тем лучше изображение и тем больше деталей оно покажет. Даже самые лучшие отдельные телескопы или группа телескопов в одном месте не имеют достаточно хорошего разрешения для изображения Стрельца A*.

На этом изображении, полученном космическим телескопом Хаббл НАСА, показан усеянный звездами центр Млечного Пути в направлении созвездия Стрельца. Несмотря на то, что вы не можете видеть центральную черную дыру нашей галактики напрямую, вы можете точно определить ее местоположение, основываясь на том, что вы уже узнали о черных дырах. Изображение предоставлено: НАСА, ЕКА и Г. Браммер | › Полное изображение и подпись

Добавление 12-метрового Гренландского телескопа, хотя и относительно небольшого инструмента, увеличило диаметр или апертуру телескопа горизонта событий почти до диаметра Земли. А NOEMA — массив из двенадцати 15-метровых антенн с максимальным расстоянием 2500 футов (760 метров) — помог еще больше увеличить светосилу Event Horizon Telescope.

В целом, при объединении с мощным Телескопом Горизонта Событий, виртуальный массив получил изображение Стрельца А*, охватывающее примерно 50 угловых микросекунд, или примерно 1/13 миллиардную долю ночного неба.

Стрелец A* находится на расстоянии более 26 000 световых лет (152 квадриллиона миль) от Земли и имеет массу 4 миллионов солнц. Изображение предоставлено: Телескоп Event Horizon | › Полное изображение и подпись

В то время как Телескоп Горизонта Событий был занят съемкой потрясающего радиоизображения Стрельца А*, дополнительный мировой контингент астрономических обсерваторий также сосредоточился на черной дыре и окружающей ее области. Целью группы, известной как Рабочая группа по многоволновому телескопу Event Horizon, было наблюдение за черной дырой в других частях электромагнитного спектра, помимо радио. В рамках этих усилий рентгеновские данные были собраны рентгеновской обсерваторией НАСА «Чандра», ядерным спектроскопическим телескопом (NuSTAR) и обсерваторией Нила Герелса Свифта, дополнительные радиоданные были собраны восточноазиатским интерферометром со сверхдлинной базой (VLBI). сети и Глобальной 3-миллиметровой РСДБ-решетке, а данные в инфракрасном диапазоне были собраны с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории.

Данные с этих многочисленных платформ позволят ученым продолжить изучение поведения Стрельца A* и усовершенствовать свои модели черных дыр в целом. Данные, собранные в результате этих многоволновых наблюдений, имеют решающее значение для изучения черных дыр, например, данные Чандра, показывающие, насколько быстро материал падает на диск горячего газа, вращающийся вокруг горизонта событий черной дыры. Такие данные, как мы надеемся, помогут ученым лучше понять аккрецию черных дыр или процесс, посредством которого черные дыры растут.

Teach It

Ознакомьтесь с этими ресурсами, чтобы использовать реальные STEM черных дыр в своем обучении, а также узнайте о возможностях вовлечения учащихся в настоящие астрономические исследования.

Узнать больше

Статьи

Пособия для преподавателей

Занятия для учащихся

Ознакомьтесь с этими соответствующими ресурсами для студентов NASA Space Place

Что такое черная дыра?

Через NASA-Verse

Руководство для преподавателей: Black Hole Math
NASA/IPAC TeacherArchive Research Program
Ресурсы для учащихся: Chandra
Статьи: Хаббл — черные дыры
Аудио: Озвучивание галактического центра Млечного Пути
Видео: Хаббл — Черные дыры
Веб-сайт: NASA Science — Черные дыры
Загрузить: Презентация «Галактика, полная черных дыр»
Экспертное выступление: Изображение черной дыры, лекция
Веб-сайт: НАСА — Черные дыры
Статья: Изображение черной дыры делает историю
Графика: Анатомия черной дыры

Этот обучающий момент был создан в сотрудничестве с NASA Universe of Learning. Материалы Universe of Learning основаны на работе, поддержанной НАСА под номером NNX16AC65A Научному институту космического телескопа, работающей в партнерстве с Калифорнийским технологическим институтом / IPAC, Центром астрофизики | Гарвардский и Смитсоновский институты и Лаборатория реактивного движения.

ТЕГИ: Черная дыра, Млечный Путь, галактика, вселенная, звезды, учителя, воспитатели, уроки, Обучаемые моменты, К-12, наука

ОБ АВТОРЕ
Ота Лутц, специалист по начальному и среднему образованию STEM, NASA/JPL Edu
Ота Лутц — специалист по начальному и среднему образованию STEM в Лаборатории реактивного движения НАСА. Когда она не пишет новые уроки или не преподает, она, вероятно, готовит что-то вкусное, работает волонтером в обществе или мечтает о том, куда она отправится дальше.

Астрономы показали первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути: «Это довольно удивительно»

Пространство

Уильям Харвуд

Обновлено: 12 мая 2022 г. / 11:36
/ Новости Си-Би-Эс

Первые снимки черной дыры Млечного Пути

Опубликованы первые изображения черной дыры Млечного Пути
02:13

Спустя три года после получения первого изображения сверхмассивной черной дыры в галактике на расстоянии 55 миллионов световых лет астрономам удалось «сфотографировать» зияющую пасть меньшей, но гораздо более близкой черной дыры, тихо скрывающейся в ядре Млечного Пути. исследователи объявили в четверг.

«Мы вглядываемся в новую среду, искривленное пространство-время вблизи сверхмассивной черной дыры», — сказал Майкл Джонсон, исследователь из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. «И он кишит активностью, всегда кипит бурной энергией и время от времени извергается яркими вспышками излучения».

Черная дыра в центре Млечного Пути, известная как Стрелец A* или Sgr A*.

Сотрудничество с ЭХТ

Целью 2019 года была ошеломляющая черная дыра в ядре M-87, гигантской эллиптической галактики в созвездии Девы, дыра с массой 6,5 миллиардов солнц. Его огромная гравитация стягивает окружающий материал в диск, ускоряя его почти до скорости света и нагревая до экстремальных температур, что приводит к потокам радиации, которые можно увидеть с Земли.

Черная дыра в центре Млечного Пути, известная как Стрелец A* или сокращенно Sgr A* (произносится как Sag A-star), находится намного ближе, примерно в 26 000 световых лет от Земли, но она намного меньше. Черная дыра M-87 массой 6,5 миллиардов солнечных масс заполнила бы всю Солнечную систему. 4 миллиона солнечных масс Sgr A * поместились бы внутри орбиты Меркурия.

Комбинация фотографий, сравнивающих черную дыру в центре Млечного Пути, известную как Стрелец A* или Sgr A* (слева), и дыру в ядре M-87 (справа).

Сотрудничество с ЭХТ

Теперь, после многих лет тщательного сбора данных с использованием восьми радиотелескопов, объединенных электронным образом и синхронизированных с атомными часами, чтобы сформировать виртуальную тарелку размером с планету Земля, сотрудники проекта Event Horizon Telescope представили долгожданное изображение Sgr A*. .

Это был подвиг, примерно эквивалентный фотографированию крупинки соли в Нью-Йорке с помощью камеры в Лос-Анджелесе.

Sgr A* был в центре внимания «интенсивных астрономических исследований на протяжении десятилетий», — сказал Ферьял Озель, астрофизик-теоретик из Аризонского университета и руководитель группы EHT. «Наблюдения за звездами, вращающимися вокруг него, показали присутствие очень массивного объекта, в 4 миллиона раз больше массы нашего Солнца, но при этом очень слабого.

* действительно была черной дырой, — сказала она. — Сегодня телескоп «Горизонт событий» рад поделиться с вами первым прямым изображением мягкого гиганта в центре нашей галактики».0003

Изображение, основанное на множественных наблюдениях с использованием различных алгоритмов для выявления тонких деталей, «показывает яркое кольцо, окружающее тьму, явный признак тени черной дыры», — сказал Озель.

«Свет, исходящий от горячего газа, вращающегося вокруг черной дыры, кажется нам ярким кольцом. Свет, который находится слишком близко к черной дыре, достаточно близко, чтобы быть поглощенным ею, в конце концов пересекает ее горизонт и оставляет после себя только темную пустоту. в центре.»

По определению, черные дыры нельзя наблюдать напрямую, потому что ничто, даже свет, не может избежать сокрушительной внутренней силы их титанической гравитации.

Но их присутствие можно обнаружить косвенно, наблюдая за влиянием этой гравитации на траектории ближайших звезд и излучением, испускаемым в электромагнитном спектре материалом, нагретым до экстремальных температур, когда он втягивается в быстро вращающийся «аккреционный диск», а затем в саму дырку.

Движение звезд в окутанном пылью ядре Млечного Пути около Стрельца A* тщательно отслеживалось в течение последних двух десятилетий, что позволило астрономам рассчитать массу невидимого тела, искажающего их траектории.

Анимация показывает, как гравитация центральной черной дыры Млечного Пути искажает траектории ближайших звезд. Анализируя эти траектории, астрономы приходят к выводу, что невидимая черная дыра имеет массу в 4 миллиона солнц.

Кек / UCLA Galactic Center Group

Нобелевская премия 2020 года присуждена трем исследователям, чьи новаторские наблюдения и анализ почти подтвердили наличие сверхмассивной черной дыры. Телескоп Event Horizon сделал первое реальное изображение массивного объекта.

На этом изображении показано темное центральное ядро Sgr A* — тень его «горизонта событий», окруженное кривым кольцом света, испускаемым частицами, летящими вокруг дыры почти со скоростью света.

Горизонт событий — это невидимая граница между черной дырой и остальной Вселенной, зона, где ничто, даже свет, не может вырваться из гравитационных тисков дыры. Газ, пыль, своенравные звезды и свет, который они излучают, все, что пересекает эту невидимую черту, исчезает из известной Вселенной.

EHT-изображение Sgr A* внешне похоже на историческое изображение огромной черной дыры M-87 и очень похоже на то, что ожидали астрономы, основываясь на компьютерном моделировании уравнений общей теории относительности Эйнштейна.

Черная дыра М-87 «в 1500 раз массивнее, что делает ее горизонт в 1500 раз больше», — сказал Озель. «Но она также находится в 2000 раз дальше от нас. Это делает два изображения очень похожими для нас, когда мы смотрим на них в небе. Но две черные дыры не могли (больше) отличаться друг от друга практически. любым другим способом

«Та, что в M-87, накапливает материю значительно быстрее, чем Sgr A*. Но, возможно, более важно то, что та, что в M-87, запускает мощную струю, которая простирается до края этой галактики. Наша черной дыры нет. И все же, когда мы смотрим в сердце каждой черной дыры, мы обнаруживаем яркое кольцо, окружающее тень черной дыры. Кажется, что черные дыры похожи на пончики», — пошутила она.

Джонсон сказал, что «лишь струйка материала на самом деле добирается до черной дыры».

«Если бы Sgr A* был человеком, он бы потреблял одно зернышко риса раз в миллион лет», — сказал он. «И хотя некоторые черные дыры могут очень эффективно преобразовывать гравитационную энергию в свет, Стрелец A* захватывает почти всю эту энергию, только одна часть из 1000 преобразуется в свет». черная дыра прожорлива, но неэффективна. Он излучает всего в несколько сотен раз больше энергии, чем Солнце, несмотря на то, что его масса в 4 миллиона раз больше. Единственная причина, по которой мы вообще можем его изучать, заключается в том, что он находится в нашей собственной галактике».0003

В то время как M-87 представляет собой одну из самых массивных черных дыр в известной Вселенной, Sgr A* «дает нам представление о гораздо более стандартном состоянии черных дыр, тихом и спокойном», сказал он. «M-87 был захватывающим, потому что он был необычным. Sgr A * захватывающим, потому что он был обычным».

Чтобы «увидеть» Sgr A*, команда телескопа «Горизонт событий» использовала группу из восьми радиотелескопов на Гавайях, в Северной, Центральной и Южной Америке, Европе и Антарктиде.

Используя технику, известную как интерферометрия со сверхдлинной базой, можно объединить точно синхронизированные данные с каждого радиотелескопа для получения изображений, сравнимых с тем, что могла бы обнаружить тарелка размером с Землю. Получившийся виртуальный телескоп имеет самое высокое разрешение среди всех когда-либо созданных инструментов, способных обнаружить пончик на Луне.

Было собрано около 3,5 петабайт данных, примерно столько же, сколько миллион видео TikTok. Затем десятки жестких дисков были физически отправлены исследователям в Европу и Соединенные Штаты для обработки и анализа на суперкомпьютерах.

«Время от времени достаточно ущипнуть себя, и ты понимаешь, что это черная дыра в центре нашей галактики!» сказала Кэти Боуман, доцент Калифорнийского технологического института и член команды EHT. «Это довольно удивительно… что мы действительно смогли это сделать».

Стабильные звезды живут в состоянии «гидростатического равновесия», уравновешивая внутреннюю силу гравитации с направленным наружу излучением, генерируемым реакциями синтеза в ядре. На Солнце каждую секунду 600 миллионов тонн водорода превращаются в гелий, чтобы создать внешнее радиационное давление, необходимое для компенсации гравитации и поддержания стабильности.

Когда за миллиарды лет у меньших звезд, таких как Солнце, наконец-то закончится ядерное топливо, их ядра коллапсируют до такой степени, что квантовые силы, а не термоядерный синтез, поддерживают стабильность. Такие мертвые, медленно остывающие звезды известны как белые карлики.

Когда у более массивных звезд заканчивается топливо, коллапс ядра продолжается после стадии белого карлика.

При схлопывании ядер, масса которых в три раза превышает массу Солнца, в результате получается нейтронная звезда, втиснувшая массу, более чем в два раза превышающую массу Солнца Земли, в тело диаметром менее 10 миль. Нейтронные звезды, поддерживаемые квантовой силой другого рода, являются самыми плотными объектами в видимой Вселенной.

Еще более массивные звезды ждет иная судьба. Гравитация преодолевает все известные ядерные силы, и коллапс ядра продолжается после точки, в которой оно исчезает из видимой Вселенной, не оставляя после себя ничего, кроме чрезвычайно концентрированного «гравитационного колодца» глубоко искаженного пространства.

Такие остатки известны как черные дыры звездной массы, потому что они образовались в результате смерти одной звезды.

Представление о черных дырах
26 фото

Обнаружено несколько более крупных черных дыр промежуточной массы, возможных ступеней к образованию сверхмассивных черных дыр, которые, как теперь считается, существуют в ядрах всех крупных галактик. Но подробности того, как образуются такие большие дыры, пока не ясны.

Основная цель недавно запущенного космического телескопа Джеймса Уэбба — помочь астрономам составить карту образования и роста таких черных дыр после Большого взрыва.

«Хотел бы я сказать вам, что второй раз так же хорош, как и первый, с изображением черных дыр», — сказал Озель. «Но это было бы неправдой. Это на самом деле лучше. Теперь мы знаем, что это не было совпадением, это не было каким-то аспектом окружающей среды, который оказался похожим на кольцо, которое мы ожидали увидеть.

«Теперь мы знаем, что в обоих случаях то, что мы видим, является сердцем черной дыры, точкой невозврата. … Пространство-время, ткань вселенной, искажается вокруг черных дыр совершенно одинаково, независимо от их масса или то, что их окружает».

Космос и астрономия

Более

Черная дыра
Сверхмассивная черная дыра
Млечный Путь

Уильям Харвуд

Билл Харвуд постоянно освещает космическую программу США с 1984 года, сначала в качестве начальника бюро United Press International на мысе Канаверал, а теперь в качестве консультанта CBS News. Он участвовал в 129 полетах космических челноков, каждом межпланетном полете с момента пролета «Вояджера-2» мимо Нептуна, а также в десятках коммерческих и военных запусков. Харвуд работает в Космическом центре Кеннеди во Флориде и является преданным астрономом-любителем и соавтором книги «Проверка связи: последний полет шаттла Колумбия».

Твиттер

Впервые опубликовано 12 мая 2022 г. / 10:16

Спасибо, что читаете CBS NEWS.

Создайте бесплатную учетную запись или войдите в систему
, чтобы получить доступ к дополнительным функциям.

Пожалуйста, введите адрес электронной почты, чтобы продолжить

Пожалуйста, введите действительный адрес электронной почты, чтобы продолжить

Сверхмассивная черная дыра характерна для большинства галактик

12 мая 2022 года группа Телескопа горизонта событий объявила, что они сделали первое в истории изображение Стрельца A*, черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь. Здесь мы видим изображение (вставка). Изображение через Чандру.

Телескоп Event Horizon — та же группа, которая в 2019 году получила первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры в галактике M87 — заявляет, что сделает революционное заявление в четверг, 12 мая 2022 года. Пресс-конференция будет проходить в штаб-квартире ESO в Гархинге, Германия, начиная с 15 CEST (13 UTC или 8 утра CDT). Пресс-конференция посвящена Стрельцу A*, сверхмассивной черной дыре в центре нашей собственной галактики Млечный Путь. Может ли это быть первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры нашей галактики? Полная версия пресс-конференции будет транслироваться на канале ESO в YouTube. Пока вы ждете, вот немного предыстории сверхмассивных черных дыр!

Сверхмассивная черная дыра для большинства галактик

Современные астрономы считают, что в сердце большинства галактик, включая наш Млечный Путь, есть сверхмассивные черные дыры.

Они называются сверхмассивными , потому что их масса в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца.

Таким образом, их масса значительно превышает массу так называемых черных дыр звездной массы (в несколько раз больше массы нашего Солнца и, возможно, в 150 раз больше массы нашей звезды). Кроме того, существует популяция так называемых черных дыр промежуточной массы, также называемых черными дырами Златовласки, существование которых было подтверждено только недавно, и чей верхний предел массы еще предстоит определить.

Самая легкая из обнаруженных сверхмассивных черных дыр — в карликовой галактике RGG 118, удаленной на 340 миллионов световых лет — имеет массу всего в 50 000 раз больше массы нашего Солнца.

На другом конце шкалы находится настоящий монстр: черная дыра в центре квазара TON 618. Она обладает массой 66 миллиардов солнечных , самой массивной из обнаруженных.

Между этими двумя крайностями масса сверхмассивной черной дыры обычно в миллионы раз превышает массу нашего Солнца. Тот, что находится в центре нашей собственной галактики Млечный Путь, например, обладает 4,6 миллиона солнечных масс .

Представление художника о паре сверхмассивных черных дыр в центре галактики в ранней Вселенной. Гравитация одной черной дыры (справа) искажает свет черной дыры-компаньона и ее джетов. Астрономы считают, что практически все галактики имеют в своем сердце сверхмассивные черные дыры. Изображение предоставлено Caltech/R. Hurt (IPAC).

Откуда мы знаем?

Но поскольку черные дыры черные, откуда мы знаем, что они вообще существуют? Что выдает их присутствие в центре галактики? Ведь черные дыры не излучают никакого видимого света: на расстоянии они невидимы. Хотя сами черные дыры не излучают видимого света и, следовательно, невидимы в оптические телескопы, они может излучать большое количество света за пределами видимого спектра — чаще всего это радио-, рентгеновское и гамма-излучение.

Это электромагнитное излучение исходит не от самой черной дыры, а от окружающего ее материала. Многие сверхмассивные черные дыры в центрах галактик погружены в водовороты газа и пыли, известные как аккреционные диски. Поскольку частицы в этих дисках, ускоренные гравитацией черной дыры, чтобы вращаться вокруг нее со скоростью, составляющей значительный процент от скорости света, неоднократно сталкиваются друг с другом, они нагреваются, в конечном итоге достигая температуры в миллионы градусов. Следовательно, они генерируют огромное количество рентгеновских лучей.

Астрономы, использующие рентгеновские телескопы, такие как орбитальная обсерватория НАСА Чандра, могут видеть эти излучения на огромных расстояниях.

Но не все сверхмассивные черные дыры окружены аккреционными дисками. Некоторые из них называются покоящимися : они могли иметь или не иметь аккреционные диски в прошлом. Почему они молчат? Это потому, что весь газ и пыль в пределах досягаемости их гравитации были проглочены. Поэтому нет никакого излучения, чтобы выдать их присутствие. Некоторые из них могут периодически испускать короткие вспышки, когда блуждающее газовое или пылевое облако подлетает слишком близко, нагревается и излучает рентгеновское излучение, прежде чем поглотится черной дырой. Наблюдалось даже, что черные дыры ярко вспыхивают, поглощая целые звезды!

Сверхмассивная черная дыра в Млечном Пути

Наша собственная локальная сверхмассивная черная дыра в центре нашей галактики Млечный Путь, называемая Стрельцом A* и часто обозначаемая просто Sag A* , представляет собой покоящуюся сверхмассивную черную дыру. 26 000 световых лет от нас. Он неравномерно вспыхивает в диапазоне волновых диапазонов, от радио до гамма, но наиболее заметно в ближнем инфракрасном диапазоне. Механизм, ответственный за генерацию этих вспышек, еще не изучен. Это может означать потребление черной дырой пыли и газа или что-то еще, о чем мы ничего не знаем.

Поскольку центр нашей галактики находится относительно близко, в отличие от далеких галактик, астрономы могут наблюдать звезды там. В частности, они могут видеть, как движутся звезды и с какими скоростями. В центре Млечного Пути около сотни звезд вращаются вокруг Пробела A*, удерживаемые его гравитационным рабством. С 1995 года астрономы кропотливо рисовали движения дюжины или звезд, которые находятся ближе всего к черной дыре, и анимировали их траектории на основе данных. Понятно, что они вращаются вокруг какого-то невидимого объекта. По их траекториям и скоростям астрономы могут вычислить массу объекта, вокруг которого они вращаются, и получили цифру в 4,6 миллиона раз больше массы нашего Солнца.

Итак, мы знаем, что в центре нашей галактики находится сверхмассивный невидимый объект, который разгоняет ближайшие звезды до невероятных скоростей. Звезда, которая вращается ближе всего к Sag A*, обозначенная как S2, ускоряется до 11 миллионов миль в час при максимальном сближении! Его орбита проходит в пределах 120-кратного расстояния от Земли до Солнца от черной дыры; его год, или время, необходимое для совершения одного оборота Стрельца А*, составляет 15 земных лет.

Эти исследования нашего галактического центра вне всяких разумных сомнений продемонстрировали, что в центре Млечного Пути есть собственное темное чудовище. Все наблюдения звезд, вращающихся вокруг звезды Sag A*, подтвердили предсказания теории относительности Эйнштейна в отношении объектов, вращающихся вокруг черных дыр. В 2020 году Андреа Гез и Рейнхард Гензель были удостоены Нобелевской премии по физике за открытие прогиба A * и тщательное картографирование галактического центра на протяжении десятилетий.

Поскольку масса сверхмассивных черных дыр сильно различается, их размеры также сильно различаются. Считается, что прогиб A * имеет диаметр около 14 миллионов миль. TON 618 с массой 66 миллиардов солнечных, по подсчетам, составляет 262 миллиардов миль в поперечнике! Это более чем в 90 298 43 90 299 раз больше диаметра всей нашей Солнечной системы!

Художественная иллюстрация черной дыры нового типа, известной как промежуточная черная дыра или черная дыра Златовласки. Изображение через НАСА

Откуда они взялись?

Но откуда берутся сверхмассивные черные дыры и как они могут накопить такое непостижимое количество массы? Здесь все становится немного сложнее. Суть в том, что эволюция сверхмассивных черных дыр до сих пор горячо обсуждается. Мы даже не знаем, все ли они формируются одинаково или же действуют различные механизмы.

Нам известно следующее: сверхмассивные черные дыры существовали в очень ранней Вселенной, менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Как они так быстро стали такими огромными, до сих пор остается загадкой. Возможно, эти ранние монстры срастались через черные дыры меньшей массы, сливаясь вместе, в конечном итоге образуя сверхмассивную черную дыру. Другая идея заключается в том, что они образовались в результате самопроизвольного коллапса огромных облаков водорода. Сжимайте что-либо во Вселенной до определенного размера и плотности, и оно образует черную дыру: например, если вы сожмете Землю до размеров шарика, вот что произойдет. Но дело в том, что мы не знаем, какая модель верна.

Ученые надеются, что космический телескоп Джеймса Уэбба, который должен начать свои научные наблюдения этим летом, поможет ответить на вопрос, как такие массивные монстры могли существовать во Вселенной так рано: телескоп должен иметь возможность заглянуть в прошлое, чтобы «всего» через 200 миллионов лет после Большого взрыва, чтобы увидеть формирование первых галактик.

Что было первым?

Также возникает вопрос, почему в центрах большинства галактик есть сверхмассивные черные дыры. Какова связь между галактикой и ее черной дырой? В последние годы этот вопрос стал предметом многочисленных исследований. Итак, образовалась ли сначала галактика, а затем образовалась ее сверхмассивная черная дыра, или же сначала образовалась сверхмассивная черная дыра, а затем галактика аккрецировала вокруг нее? Этот вопрос о курице и яйце никоим образом не решен. Кроме того, существует любопытная линейная зависимость между массой сверхмассивной черной дыры и окружающей ее галактической выпуклостью: чем массивнее черная дыра, тем больше массы в выпуклости. Это указывает на некоторую совместную эволюцию между ними, но что это за отношения и что они собой представляют, мы пока не знаем.

Мы знаем, что сверхмассивные черные дыры могут играть решающую роль в образовании звезд в галактике, что стало известно только в последние годы. Релятивистские струи, вылетающие из сверхмассивной черной дыры, прокладывают себе путь через галактику, либо рассеивая звездообразующие облака водорода, чтобы они не образовывали звезд, либо сжимая их, чтобы они начинали звездообразование. Это указывает на тесную связь между сверхмассивной черной дырой и эволюцией принимающей ее галактики, но мы только начинаем понимать природу этой связи и ее значение для звездообразования.

Галактики без сверхмассивных черных дыр

А что насчет галактик, в центре которых нет сверхмассивной черной дыры? По сравнению с ними их немного, но мы думаем, что знаем, почему черная дыра отсутствует. Это связано с наличием двух галактик, которые проходят очень близко друг к другу. Гравитационное взаимодействие между их соответствующими сверхмассивными черными дырами может привести к тому, что одна из черных дыр будет буквально выброшена из принимающей ее галактики! В 2012 году было замечено, что сверхмассивная черная дыра вылетает из галактики-хозяина со скоростью более 3 миллионов миль в час! Более того, его рентгеновское излучение тянулось за ним, как кильватерный след, указывающий назад к центру галактики. Это было первым подтверждением того, почему в некоторых галактиках отсутствуют сверхмассивные черные дыры; с тех пор были обнаружены другие примеры.

Итак, теперь мы можем с некоторой долей уверенности сказать, что все галактик рождаются со сверхмассивными черными дырами, даже если некоторые из них впоследствии могут их потерять. Но это все еще споры о том, что образовалось раньше, галактика или черная дыра.

Сверхмассивные черные дыры — настоящие монстры Вселенной, чье происхождение загадочно, а их отношения с принимающими их галактиками до сих пор плохо изучены. Однако весьма вероятно, что с целым новым поколением сверхмощных наземных и космических телескопов, которые увидят первый свет в течение следующего десятилетия, мы, возможно, сможем наконец разгадать их тайны.

Первое изображение черной дыры

Кстати, хотя вспышки рентгеновского излучения в далеких галактиках являются индикаторами присутствия сверхмассивной черной дыры, в суде это будет рассматриваться как косвенное доказательство . В конце концов, астрономы никогда не видели черную дыру, хотя были почти уверены, что черные дыры существуют (поскольку было бы трудно объяснить наблюдения каким-либо другим способом).