Телескоп горизонта событий: Телескоп горизонта событий впервые получил изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути |

Содержание

Учёные смоделировали совместные наблюдения «Телескопа горизонта событий» и «Миллиметрона»

Группа учёных из России и Нидерландов оценила возможности совместной работы международной сети «Телескоп Горизонта Событий» (Event Horizon Telescope) и разрабатываемого российского космического телескопа «Миллиметрон» (Millimetron Space Observatory). Использование космической обсерватории «Миллиметрон» в качестве плеча наземно-космического интерферометра позволит значительно улучшить качество изображений сверхмассивных чёрных дыр, расположенных в нашей Галактике и в галактике M87, а также наблюдать динамику движения вещества в непосредственной близости от горизонта событий. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Излучение, приходящее от внутренних областей аккреционного диска сверхмассивной чёрной дыры, формирует изображение так называемой «тени чёрной дыры» на расстояниях порядка 5 радиусов Шварцшильда. Форма, которую принимает «тень», а также распределение яркости по диску, несут информацию о геометрии пространства-времени в непосредственной близости от горизонта событий. Таким образом, исследование чёрных дыр даёт возможность проверить теорию относительности и изучать поведение вещества при экстремальных условиях, недостижимых в лабораториях.

В апреле 2019 года международная коллаборация «Телескоп горизонта событий» представила первое изображение тени сверхмассивной чёрной дыры, расположенной в галактике M87. Изображение было построено по данным радиоинтерферометрических наблюдений со сверхдлинными базами (РСДБ) восьми телескопов на длине волны 1.3 мм. Во время наблюдений по программе EHT было достигнуто самое высокое угловое разрешение для наземных наблюдений – 25 микросекунд дуги. Однако дальнейшее его увеличение ограничивается размерами нашей планеты. Выходом из сложившейся ситуации становится развитие наземно-космических РСДБ-сетей.

Ранее, в рамках реализации миссии «Радиоастрон» на орбите более семи лет успешно работал 10-метровый космический радиотелескоп «Спектр-Р». Совместно с ним в режиме РСДБ наблюдало около 60 наземных радиотелескопов. Космический телескоп двигался по вытянутой орбите, с перигеем в 400 километров, и апогеем, доходящим до 330 тысяч километров. Наблюдения велись в четырёх диапазонах с опорными частотами 0.3 Ггц, 1.6 Ггц, 4.8 Ггц и 22 Ггц. На сегодняшний день на «Радиоастроне» достигнуто самое высокое угловое разрешение — 11 микросекунды дуги.

Космическая обсерватория «Миллиметрон» будет оснащена раскладываемым и охлаждаемым 10-метровым зеркалом. Планируется, что она будет располагаться в точке Лагранжа L2 и проводить наблюдения в дальнем ИК, субмиллиметровом и миллиметровом диапазонах длин волн. Сейчас программа наблюдений предполагает два режима работы. Первый — это режим одиночного зеркала, в котором «Миллиметрон» функционирует как отдельный космический телескоп. В этом режиме он будет исследовать неоднородности реликтового излучения и отклонения в его спектре, изучать крупномасштабную структуру Вселенной, искать воду и органические соединения в межзвёздной среде. Второй режим предполагает работу совместно с наземными телескопами в качестве плеча интерферометра в диапазонах частот 33-720 Ггц. В нём будут изучаться очень компактные астрономические объекты, для исследования которых требуется максимально высокое угловое разрешение.

Однако несмотря на то, что гало-орбита в окрестности точки L2 очень удобна для режима одиночного зеркала, восстановление изображений, полученных на наземно-космическом интерферометре, сопряжено с определенными трудностями. С связи с этим проект «Миллиметрон» сейчас предусматривает, как один из вариантов оптимизации научной программы, после окончания наблюдений в режиме одиночного зеркала, возврат космического аппарата из L2 с помощью гравитационного манёвра около Луны.

В новом исследовании астрономы оценили качество восстановленных изображений для высокоэллиптической околоземной орбиты космического аппарата, на которую он может перейти при возвращении из точки L2. В качестве наземного плеча интерферометра рассматривались все телескопы, входящие в коллаборацию «Телескопа горизонта событий» на данный момент. Учёные смоделировали наблюдения двух сверхмассивных чёрных дыр с самыми большими угловыми размерами на небе — это чёрная дыра в центре нашей Галактики, а также в ядре галактики M87. Частота промоделированных наблюдений составила 230 Ггц (1.3 мм), ширина полосы — 2 Ггц, а полное время наблюдений для построения изображения составило 15 часов. Такое время наблюдения было выбрано, поскольку объём бортовой памяти ограничен 100 Тб. Полное время наблюдения разбивалось на 5400 отдельных наблюдательных сеансов длительностью по 10 секунд. Временное ограничение отдельного сеанса было выбрано из-за атмосферных неоднородностей, нарушающих когерентность сигнала на длительных интервалах времени.

Результаты моделирования изображений тени черной дыры галактики M87. Слева представлено изображение, полученное Телескопом Горизонта Событий (EHT), справа — изображение, полученное при проведении совместных наблюдений Миллиметрона с Телескопом Горизонта Событий.

Для M87 использовался участок орбиты в районе перигея, на котором в течение 20 часов проекция базы интерферометра изменяется с 0.5 до 6 диаметров Земли. Для Sgr A* продолжительность наблюдения составила 10 дней, что соответствует одному орбитальному периоду обращения космического телескопа. Поскольку оба источника находятся в разных областях небесной сферы, орбита была выбрана таким образом, чтобы обеспечить наилучшее UV-покрытие на протяжении всего десятидневного периода для Sgr A* и хорошую видимость для M87 при проекции базы до 5 диаметров Земли.

Исследование показало, что совместная работа «Телескопа горизонта событий» и «Миллиметрона» позволит более чем в 6 раз увеличить угловое разрешение достигнув рекордных 4 микросекунды дуги, а также в 10 раз улучшить качество восстановленных изображений сверхмассивной чёрной дыры в галактике M87. Такой точности будет уже достаточно для того, чтобы, анализируя форму тени чёрной дыры и распределение яркости во внутренних областях её аккреционного диска, непосредственно исследовать геометрию пространства-времени и поведение вещества в экстремальном состоянии в непосредственной окрестности горизонта событий.

Также совместные наблюдения позволят построить динамические изображения Sgr A*. Масса чёрной дыры в центре нашей Галактики почти на 3 порядка меньше, чем в M87. Из-за этого источник обладает куда более высокой переменностью во времени, что затрудняет его интерферометрические наблюдения и построение изображения только наземными обсерваториями. Но за счёт высокой скорости движения космического телескопа по орбите в районе перигея, проекция базы меняется с 0.1 до 1.0 диаметра Земли всего за 20 минут. Это позволяет восстановить серию изображений с временным интервалом порядка 220 секунд, и не даст полученной картине «замыться» из-за движения неоднородностей вещества в непосредственной близости от чёрной дыры. Таким образом, учёные смогут непосредственно наблюдать динамику движения вещества в центре галактики на очень малых временных масштабах.

Результаты моделирования динамических наблюдений центра Галактики (Sgr A*). Серия из шести кадров, длительность каждого около 221 секунды.

Новая работа демонстрирует эффективность совместных наблюдений наземной сети EHT и космической обсерватории «Миллиметрон» в исследовании чёрных дыр и свойств пространства-времени в ближайших к ним окрестностях.

Телескоп горизонта событий — frwiki.wiki

Для одноименных статей см. EHT .

Стрелец А *.

Event Horizon Telescope (сокращенно EHT буквально телескопе горизонта событий ) представляет собой сеть радиотелескопов наземной станции , сочетающие данные сверхдальнего базовой интерферометрии , расположенной на Земле для изучения , в частности , ближайшего окружения Стрельца А * , в сверхмассивной черной отверстие в центре на Млечном пути , и М87 * , что в М87 , с разрешающей способностью делает возможным наблюдать за их горизонт .

Резюме

1 Описание
2 участвующих института
3 мишени
- 3.1 Стрелец A *, черная дыра в центре Млечного Пути
- 3.2 M87 *, черная дыра в центре M87
4 наблюдения
- 4.1 До 2013 г.
- 4.2 2013 кампания
- 4.3 2017 кампания
- 4.4 2018 кампания
5 Примечания и ссылки
6 Статьи по теме
7 Углубление
8 Внешние ссылки

Описание

Монтаж изображений, представляющих увеличение, достигаемое телескопом Event Horizon , эквивалентное наблюдению теннисного мяча на Луне. Увеличение начинается с изображения в верхнем левом углу (приблизительное поле зрения человеческого глаза с Земли) против часовой стрелки и показывает черную дыру вверху справа.

Event Horizon Telescope (EHT) состоит из нескольких радио обсерваторий или радиотелескопов , во всем мире связан созданием высокой чувствительности, высокая -resolving мощности телескопа . Используя процесс интерферометрии с очень длинной базой , можно использовать многочисленные независимые радиоантенны, разделенные расстоянием от нескольких сотен до нескольких тысяч километров, для создания «виртуального» телескопа с эффективным диаметром, эквивалентным диаметру Земли. Этот проект включает в себя разработку и развертывание субмиллиметровых приемников с двойной поляризацией и сверхстабильными стандартами частоты, чтобы получить интерферометр с очень длинной базой на 230-450 ГГц , лучшую полосу пропускания записывающих устройств и выходные фильтры интерферометра. Очень длинная база и создание новой субмиллиметровой линии сайты интерферометра с очень длинной базой.

Каждый год, начиная с первого захвата в 2006 году, EHT размещает несколько обсерваторий в своей глобальной сети. Первое изображение черной дыры в Стрельце A * должно было быть получено вапрель 2017и позволить провести полную проверку общей теории относительности Эйнштейна .

Данные, собранные на жестких дисках различных телескопов, доставляются авиалайнером (также называемым сникернетом ) в обсерваторию Хейстек в Массачусетсе , где данные сравниваются и анализируются на компьютере с 800 микропроцессорами , подключенными к сети из 40 человек. Гбит / с .

В конечном итоге это только 10 апреля 2019 г.,опубликованы первые изображения еще одной черной дыры, M87 * , расположенной в центре M87 .

Участвующие институты

Некоторые институты, участвующие в проекте:

АЛМА
APEX
Academia sinica Институт астрономии и астрофизики
Радиообсерватория в Аризоне (in) , Университет Аризоны
Субмиллиметровая обсерватория Калифорнийского технологического института
Комбинированный массив для исследований в астрономии миллиметрового диапазона
Европейская южная обсерватория
Государственный университет Джорджии
Университет Иоганна Вольфганга Гете Франкфурт-на-Майне
Гренландский телескоп (ru)
Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики
Обсерватория Стог сена
Институт миллиметровой радиоастрономии
Национальный институт астрофизики, оптики и электроники (in)
Восточноазиатская обсерватория (ja) — телескоп Джеймса Клерка Максвелла
Большой миллиметровый телескоп
Институт радиоастрономии Макса Планка
Национальная астрономическая обсерватория Японии
Национальная радиоастрономическая обсерватория
Национальный фонд науки
Массачусетский университет в Амхерсте
Космическая обсерватория Онсала
Институт теоретической физики Периметр
Лаборатория радиоастрономии (in) , Калифорнийский университет, Беркли
Radboud University of Nijmegen
Шанхайская астрономическая обсерватория
Университет Консепсьона
Национальный автономный университет Мексики
Калифорнийский университет в Беркли
Чикагский университет
Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн
университет Мичигана

Цели

Две цели EHT — сверхмассивные черные дыры Стрелец A * и M87 * . Использование звездочки в этих названиях означает, что это близкие к точечным источникам, а не обширные источники.

Стрелец A *, черная дыра в центре Млечного Пути.

Стрелец А * ( Sgr A * ) является источником интенсивным из радиоволн , части созвездия из наконечника стрелы и расположен в центре Млечного Пути . Первоначально неразрешенный в более крупной зоне радиоизлучения под названием Стрелец A , впоследствии он был выделен из всех источников, образующих эту зону излучения, с Sgr A Восток и Sgr A Запад .

M87 *, черная дыра в центре M87

Изображение M87 *, полученное телескопом Event Horizon в 2019 году.

M87 * — сверхмассивная черная дыра в сердце галактики M87 . Его масса оценивается в (6,6 ± 0,4) × 10 ⁹ M _☉, а его диаметр больше диаметра орбиты Плутона . Вокруг этой черной дыры находится аккреционный диск ионизированного газа, ориентированный перпендикулярно струе.

Horizon Telescope Event публикует первые снимки этой черной дыры на10 апреля 2019 г.,.

Наблюдения

До 2013 года

Кампания 2013 года

Кампания 2017 г.

Кампания 2018

Примечания и ссылки

(fr) Эта статья частично или полностью взята из статьи в англоязычной Википедии под названием « Event Horizon Telescope » ( см. список авторов ) .

↑ ^{a и b}(in) Иэн О’Нил , « Телескоп горизонта событий исследует тайны пространства-времени » , Seeker ,2 июля 2015 г.( читать онлайн , консультация 25 февраля 2017 г. ).
↑ (en-GB) Джонатан Уэбб , « Снимок горизонта событий должен быть сделан в 2017 году » , BBC News ,8 января 2016 г.( читать онлайн , консультация 25 февраля 2017 г. ).
↑ (in) Лукас Мириан , « Массивный массив телескопов AIMS для черной дыры, получает огромное количество данных » , Computerworld ,18 августа 2015 г.( читать онлайн , консультация 25 февраля 2017 г. ).
↑ ^{a и b} « Самое первое изображение черной дыры », Le Temps ,10 апреля 2019 г. ,( ISSN 1423-3967 , читать онлайн , по состоянию на 10 апреля 2019 г. ).
↑ ^{a и b}(ru) Кадзунори Акияма , Антксон Альберди и др. , « Первые результаты телескопа горизонта событий M87. Я . Тень сверхмассивной черной дыры » , The Astrophysical Journal , vol. 875, п ^о 1,2019 г., стр. L1 ( ISSN 2041-8213 , DOI 10.3847 / 2041-8213 / ab0ec7 ).
↑ (in) « Collaborators » на www. eventhorizontelescope.org (по состоянию на 25 февраля 2017 г. ) .
↑ (in) Давиде Кастельвекки , « Как охотиться за черной дырой с помощью телескопа размером с Землю » , Nature , vol. 543, п ^о 7646,23 марта 2017 г., стр. 478–480 ( DOI 10.1038 / 543478a , читать онлайн , по состоянию на 26 марта 2017 г. ).
↑ (in) Карл Гебардт Джошуа Адамс , Дуглас Ричстон , Тод Р. Лауэр , Сандра Мур Фабер , Кайхан Гултекин , Джереми Мерфи и Скотт Тремейн , « Масса черной дыры в M87 из наблюдений адаптивной оптики Gemini / NIFS » , The Astrophysical Journal , т. 729, п ^о 22011 г.( DOI 10.1088 / 0004-637X / 729/2/119 , Bibcode 2011ApJ … 729..119G ) arXiv : 1101.1954 .

Статьи по Теме

Сверхмассивная черная дыра
Телескоп Эйнштейна

Глубже

Нетехнические :

(ru) Фульвио Мелиа, Черная дыра в центре нашей Галактики , Princeton University Press , 2001

Техника :

(ru) Фульвио Мелиа, Галактическая сверхмассивная черная дыра , Princeton University Press , 2008

Внешние ссылки

(ru) Официальный сайт

Сенсация в астрономии. Получено фото черной дыры в центре нашей Галактики

https://ria.ru/20220512/teleskop-1788196288.html

Сенсация в астрономии. Получено фото черной дыры в центре нашей Галактики

Сенсация в астрономии. Получено фото черной дыры в центре нашей Галактики — РИА Новости, 09.06.2022

Сенсация в астрономии. Получено фото черной дыры в центре нашей Галактики

Ученые коллаборации «Телескопа горизонта событий» сообщили, что им удалось получить изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В 2019-м эти… РИА Новости, 09.06.2022

2022-05-12T19:49

2022-06-09T10:48

наука

космос — риа наука

европейская южная обсерватория

радиотелескопы

радиоастрон

черная дыра

the astrophysical journal letters

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdnn21. img.ria.ru/images/07e6/05/0c/1788175763_0:12:1280:732_1920x0_80_0_0_87244a44af8274d15a8e5ce4720090ba.jpg

МОСКВА, 12 мая — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Ученые коллаборации «Телескопа горизонта событий» сообщили, что им удалось получить изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В 2019-м эти же исследователи представили первый в истории астрономии снимок черной дыры, находящейся в центре галактики М87.Первый портрет черной дырыТеоретически предсказанные более ста лет назад черные дыры обнаруживают по мощному излучению из окружающего их пространства. При слиянии этих объектов возникают гравитационные волны. Но увидеть или сфотографировать черную дыру нельзя, поскольку она ничего не излучает, а падающие на нее свет и вещество полностью пропадают за линией горизонта событий.В 2014-м ученые разных стран объединились в проект «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT), чтобы создать метод визуализации черных дыр. Приближаясь к горизонту событий, вещество разгоняется до релятивистских скоростей и закручивается, образуя аккреционный диск. Температура плазмы в нем из-за трения достигает миллионов градусов. Это тепловое излучение и решили заснять.В любой галактике множество черных дыр, близких по массе к звездам. Однако они слишком малы. Например, радиус черной дыры с массой, как у Солнца, — около трех километров. Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик крупнее, но они значительно дальше. В обычный телескоп их не разглядеть.Телескоп горизонта событий представляет собой глобальную сеть обсерваторий на разных континентах. Принцип радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) позволяет объединять наблюдения и тем самым имитировать поверхность, размеры которой сравнимы с диаметром Земли. Благодаря этому угловое разрешение РСДБ в десятки тысяч раз больше, чем у лучших оптических инструментов.В проекте изучались две сверхмассивные черные дыры: Стрелец A* в центре Млечного Пути и Мессье 87, известная также, как Дева А или NGC 4486, — посреди сверхгигантской эллиптической галактики М87. Это 53,5 миллиона световых лет от нас, и черная дыра там примерно в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца. Стрелец A* в тысячу с лишним раз легче Девы А и значительно ближе: «всего» 27 тысяч световых лет.В апреле 2017-го восемь радиотелескопов от Гавайев до Южного полюса в течение пяти ночей наблюдали за этими объектами. Каждый собрал информации столько, сколько Большой адронный коллайдер не нарабатывает и за год.На объединение данных ушло больше года. Еще столько же времени потребовалось на обработку изображения. В апреле 2019-го члены коллаборации представили широкой общественности первый в истории снимок черной дыры (М87*), а журнал The Astrophysical Journal Letters выложил в открытый доступ шесть статей с результатами исследования.Ученые подчеркивают: они запечатлели не саму черную дыру, а ее «тень», которая примерно в 2,6 раза больше горизонта событий. Темную теневую область, вызванную гравитационным искривлением и захватом света, предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Полученное изображение полностью ее подтвердило. Более того, зафиксировали поляризованное излучение аккреционного диска, а на графических реконструкциях, выполненных с помощью специальных алгоритмов, видны линии магнитного поля, с которым и связана поляризация. В центре нашей ГалактикиТеперь же на нескольких синхронных конференциях в разных странах представили то, ради чего, собственно, и затевали EHT: изображение центра нашей Галактики. Четко видна темная область, окруженная яркой кольцеобразной структурой горячего светящегося газа. Это однозначное доказательство того, что компактный и очень массивный объект, известный как Стрелец A*, вокруг которого вращаются все звезды Млечного Пути, действительно черная дыра. Результатам исследования посвящен специальный выпуск журнала The Astrophysical Journal Letters.Хотя Стрелец A* примерно в тысячу раз меньше М87*, а Млечный Путь и Дева А — галактики совершенно разного типа, обе черные дыры оказались удивительно похожими.»Это говорит о том, что общая теория относительности одинаково применима к этим объектам, а любые различия связаны лишь с особенностями окружающего их материала», — пресс-релиз Европейской южной обсерватории приводит слова сопредседателя научного совета EHT, профессора теоретической астрофизики Амстердамского университета Серы Маркофф. По признанию участника проекта из тайваньского Института астрономии и астрофизики Джеффри Бауэра, ученые были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна.»Эти уникальные наблюдения значительно улучшили наше понимание происходящего в самом центре Галактики и того, как гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — говорит он.С черной дырой в центре нашей Галактики было значительно сложнее, чем с M87*. Стрелец A* расположен ближе, но газ вокруг него вращается намного быстрее. Чтобы сделать более или менее четкий снимок, пришлось разработать сложные алгоритмы обработки, учитывающие движение газа.Все дело в разрешенииВ проекте EHT задействовали уже 11 телескопов, данные обрабатывают 300 научных сотрудников из 80 институтов по всему миру. Исследователи надеются, что технологические обновления позволят в будущем получить еще более впечатляющие изображения черных дыр.Разрешающая способность любого телескопа определяется отношением длины волны принимаемого излучения к размеру прибора. Чем меньше длина волны и больше телескоп, тем лучше. Угловое разрешение EHT на волне 1,3 миллиметра — 20 микросекунд: можно разглядеть спичечный коробок на Луне. У космического телескопа Хаббла диаметром 2,4 метра, на котором получили наиболее четкие на сегодняшний день изображения звезд, туманностей и галактик, — около 0,05 угловой секунды, то есть в 2,5 тысячи раз хуже.До EHT рекорд — 7 миллисекунд — был у российского космического радиотелескопа проекта «Радиоастрон», завершившего наблюдения 5 февраля 2019-го. Но его десятиметровая антенна из 27 зеркальных лепестков, раскрывающихся в космосе наподобие огромного цветка, продолжает работать в составе орбитального комплекса «Спектр-Р». Недавно с ее помощью, при поддержке наземных РСДБ-сетей «Радиоастрона» российские ученые открыли двойную сверхмассивную черную дыру в центре галактики OJ 287 в пяти миллионах световых лет от Земли.

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/

2022

Владислав Стрекопытов

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

1920

1080

true

1920

1440

true

https://cdnn21.img.ria.ru/images/07e6/05/0c/1788175763_92:0:1188:822_1920x0_80_0_0_cc76e3a3fbcda6c7237a3cb85c7472f4.jpg

1920

true

РИА Новости

4.7

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Владислав Стрекопытов

космос — риа наука, европейская южная обсерватория, радиотелескопы, радиоастрон, черная дыра, the astrophysical journal letters

Наука, Космос — РИА Наука, Европейская южная обсерватория, радиотелескопы, Радиоастрон, черная дыра, The Astrophysical Journal Letters

МОСКВА, 12 мая — РИА Новости, Владислав Стрекопытов. Ученые коллаборации «Телескопа горизонта событий» сообщили, что им удалось получить изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. В 2019-м эти же исследователи представили первый в истории астрономии снимок черной дыры, находящейся в центре галактики М87.

Первый портрет черной дыры

Теоретически предсказанные более ста лет назад черные дыры обнаруживают по мощному излучению из окружающего их пространства. При слиянии этих объектов возникают гравитационные волны. Но увидеть или сфотографировать черную дыру нельзя, поскольку она ничего не излучает, а падающие на нее свет и вещество полностью пропадают за линией горизонта событий.

В 2014-м ученые разных стран объединились в проект «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT), чтобы создать метод визуализации черных дыр. Приближаясь к горизонту событий, вещество разгоняется до релятивистских скоростей и закручивается, образуя аккреционный диск. Температура плазмы в нем из-за трения достигает миллионов градусов. Это тепловое излучение и решили заснять.

Основные элементы черной дыры

В любой галактике множество черных дыр, близких по массе к звездам. Однако они слишком малы. Например, радиус черной дыры с массой, как у Солнца, — около трех километров. Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик крупнее, но они значительно дальше. В обычный телескоп их не разглядеть.

Телескоп горизонта событий представляет собой глобальную сеть обсерваторий на разных континентах. Принцип радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами (РСДБ) позволяет объединять наблюдения и тем самым имитировать поверхность, размеры которой сравнимы с диаметром Земли. Благодаря этому угловое разрешение РСДБ в десятки тысяч раз больше, чем у лучших оптических инструментов.

Расположение обсерваторий, уже участвующих в проекте EHT (желтым), и тех, которые войдут в него в будущем (оранжевым и голубым)

В проекте изучались две сверхмассивные черные дыры: Стрелец A* в центре Млечного Пути и Мессье 87, известная также, как Дева А или NGC 4486, — посреди сверхгигантской эллиптической галактики М87. Это 53,5 миллиона световых лет от нас, и черная дыра там примерно в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца. Стрелец A* в тысячу с лишним раз легче Девы А и значительно ближе: «всего» 27 тысяч световых лет.

В апреле 2017-го восемь радиотелескопов от Гавайев до Южного полюса в течение пяти ночей наблюдали за этими объектами. Каждый собрал информации столько, сколько Большой адронный коллайдер не нарабатывает и за год.

На объединение данных ушло больше года. Еще столько же времени потребовалось на обработку изображения. В апреле 2019-го члены коллаборации представили широкой общественности первый в истории снимок черной дыры (М87*), а журнал The Astrophysical Journal Letters выложил в открытый доступ шесть статей с результатами исследования.

Ученые подчеркивают: они запечатлели не саму черную дыру, а ее «тень», которая примерно в 2,6 раза больше горизонта событий. Темную теневую область, вызванную гравитационным искривлением и захватом света, предсказывает общая теория относительности Эйнштейна. Полученное изображение полностью ее подтвердило. Более того, зафиксировали поляризованное излучение аккреционного диска, а на графических реконструкциях, выполненных с помощью специальных алгоритмов, видны линии магнитного поля, с которым и связана поляризация.

CC BY 3.0 / Kazunori Akiyama / Сверхмассивная черная дыра в центре галактики М87

CC BY 3.0 / Kazunori Akiyama /

Сверхмассивная черная дыра в центре галактики М87

В центре нашей Галактики

Теперь же на нескольких синхронных конференциях в разных странах представили то, ради чего, собственно, и затевали EHT: изображение центра нашей Галактики. Четко видна темная область, окруженная яркой кольцеобразной структурой горячего светящегося газа. Это однозначное доказательство того, что компактный и очень массивный объект, известный как Стрелец A*, вокруг которого вращаются все звезды Млечного Пути, действительно черная дыра. Результатам исследования посвящен специальный выпуск журнала The Astrophysical Journal Letters.

Первое фото черной дыры Стрелец А* в центре нашей Галактики

Хотя Стрелец A* примерно в тысячу раз меньше М87*, а Млечный Путь и Дева А — галактики совершенно разного типа, обе черные дыры оказались удивительно похожими.

«Это говорит о том, что общая теория относительности одинаково применима к этим объектам, а любые различия связаны лишь с особенностями окружающего их материала», — пресс-релиз Европейской южной обсерватории приводит слова сопредседателя научного совета EHT, профессора теоретической астрофизики Амстердамского университета Серы Маркофф.

По признанию участника проекта из тайваньского Института астрономии и астрофизики Джеффри Бауэра, ученые были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна.

«Эти уникальные наблюдения значительно улучшили наше понимание происходящего в самом центре Галактики и того, как гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — говорит он.

С черной дырой в центре нашей Галактики было значительно сложнее, чем с M87*. Стрелец A* расположен ближе, но газ вокруг него вращается намного быстрее. Чтобы сделать более или менее четкий снимок, пришлось разработать сложные алгоритмы обработки, учитывающие движение газа.

Сравнение размеров черных дыр M87* и Стрелец A* на изображениях, полученных EHT

Все дело в разрешении

В проекте EHT задействовали уже 11 телескопов, данные обрабатывают 300 научных сотрудников из 80 институтов по всему миру. Исследователи надеются, что технологические обновления позволят в будущем получить еще более впечатляющие изображения черных дыр.

Разрешающая способность любого телескопа определяется отношением длины волны принимаемого излучения к размеру прибора. Чем меньше длина волны и больше телескоп, тем лучше. Угловое разрешение EHT на волне 1,3 миллиметра — 20 микросекунд: можно разглядеть спичечный коробок на Луне. У космического телескопа Хаббла диаметром 2,4 метра, на котором получили наиболее четкие на сегодняшний день изображения звезд, туманностей и галактик, — около 0,05 угловой секунды, то есть в 2,5 тысячи раз хуже.

До EHT рекорд — 7 миллисекунд — был у российского космического радиотелескопа проекта «Радиоастрон», завершившего наблюдения 5 февраля 2019-го. Но его десятиметровая антенна из 27 зеркальных лепестков, раскрывающихся в космосе наподобие огромного цветка, продолжает работать в составе орбитального комплекса «Спектр-Р». Недавно с ее помощью, при поддержке наземных РСДБ-сетей «Радиоастрона» российские ученые открыли двойную сверхмассивную черную дыру в центре галактики OJ 287 в пяти миллионах световых лет от Земли.

Российский космический радиотелескоп «Радиоастрон» («Спектр-Р»)

Пресс-релиз

(10 апреля 2019 г.): Астрономы получили первое изображение черной дыры

Ученые получили первое изображение черной дыры, используя наблюдения центра галактики M87 с помощью телескопа Event Horizon. На изображении видно яркое кольцо, сформированное из-за того, что свет изгибается под действием сильной гравитации вокруг черной дыры, которая в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца. 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. Предоставлено: Event Horizon Telescope Collaboration

Международная коллаборация представляет революционные наблюдения гигантской черной дыры в сердце далекой галактики Мессье 87

Телескоп Event Horizon (EHT) — группа из восьми наземных радиотелескопов планетарного масштаба, созданная в результате международного сотрудничества — была разработана для получения изображений черной дыры. Сегодня на скоординированных пресс-конференциях по всему миру исследователи EHT сообщают, что им это удалось, представив первое прямое визуальное свидетельство существования сверхмассивной черной дыры и ее тени.

Об этом прорыве было объявлено сегодня в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters . На изображении видна черная дыра в центре Мессье 87 [1], массивной галактики в соседнем скоплении галактик Девы. Эта черная дыра находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли и имеет массу в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца [2].

EHT связывает телескопы по всему миру, образуя виртуальный телескоп размером с Землю с беспрецедентной чувствительностью и разрешением [3]. EHT является результатом многолетнего международного сотрудничества и предлагает ученым новый способ изучения самых экстремальных объектов во Вселенной, предсказанных Эйнштейном.0015 ОТО в год столетия исторического эксперимента, впервые подтвердившего теорию [4].

«Мы сделали первый снимок черной дыры», сказал директор проекта EHT Шеперд С. Доулман из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. «Это выдающийся научный подвиг, совершенный группой из более чем 200 исследователей».

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.

«Если погрузиться в яркую область, например, в диск светящегося газа, мы ожидаем, что черная дыра создаст темную область, похожую на тень — что-то предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, чего мы никогда раньше не видели», — объяснил председатель исследовательского центра. Научный совет EHT Heino Falcke Университета Радбауд, Нидерланды «Эта тень, вызванная гравитационным искривлением и захватом света горизонтом событий, многое говорит о природе этих удивительных объектов и позволяет нам измерить огромные масса черной дыры M87».

Многочисленные методы калибровки и визуализации выявили кольцеобразную структуру с темной центральной областью — тенью черной дыры — которая сохранялась в течение нескольких независимых наблюдений EHT.

«Как только мы убедились, что получили изображение тени, мы могли сравнить наши наблюдения с обширными компьютерными моделями, которые включают в себя физику искривленного пространства, перегретой материи и сильных магнитных полей. Многие особенности наблюдаемого изображения удивительно хорошо соответствуют нашему теоретическому пониманию. , « замечания Пол Т.П. Хо , член правления EHT и директор Восточно-Азиатской обсерватории [5]. «Это дает нам уверенность в интерпретации наших наблюдений, включая нашу оценку массы черной дыры».

Создание EHT было сложной задачей, требующей модернизации и подключения всемирной сети из восьми ранее существовавших телескопов, развернутых в различных труднодоступных высокогорных местах. Эти места включали вулканы на Гавайях и в Мексике, горы в Аризоне и испанской Сьерра-Неваде, чилийскую пустыню Атакама и Антарктиду.

В наблюдениях EHT используется метод, называемый интерферометрией со сверхдлинной базой (VLBI), который синхронизирует телескопы по всему миру и использует вращение нашей планеты для формирования одного огромного телескопа размером с Землю, наблюдающего на длине волны 1,3 мм. РСДБ позволяет EHT достичь углового разрешения в 20 угловых микросекунд — этого достаточно, чтобы читать газету в Нью-Йорке из уличного кафе в Париже [6].

Этому результату способствовали телескопы ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, телескоп Джеймса Клерка Максвелла, Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано, Субмиллиметровая решетка, Субмиллиметровый телескоп и Телескоп Южного полюса [7]. Петабайты необработанных данных с телескопов были объединены узкоспециализированными суперкомпьютерами, размещенными в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института.

Строительство EHT и объявленные сегодня наблюдения представляют собой кульминацию десятилетий наблюдательной, технической и теоретической работы. Этот пример глобальной командной работы потребовал тесного сотрудничества исследователей со всего мира. Тринадцать учреждений-партнеров работали вместе над созданием EHT, используя как уже существующую инфраструктуру, так и поддержку различных агентств. Основное финансирование было предоставлено Национальным научным фондом США (NSF), Европейским исследовательским советом ЕС (ERC) и финансирующими агентствами в Восточной Азии.

«Мы достигли того, что еще поколение назад считалось невозможным», — заключил Доулман. «Прорывы в технологиях, связи между лучшими радиообсерваториями мира и инновационные алгоритмы — все это объединилось, чтобы открыть совершенно новое окно в области черных дыр и горизонта событий».

Примечания

[1] Тень черной дыры — это самое близкое изображение самой черной дыры, 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 в поперечнике.

[2] 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 должна была стать одной из крупнейших видимых с Земли, что делает ее идеальной целью для EHT.

[3] Хотя телескопы физически не связаны, они могут синхронизировать записанные данные с атомными часами — водородных мазеров — точное время их наблюдений. Эти наблюдения были собраны на длине волны 1,3 мм во время глобальной кампании 2017 года. Каждый телескоп EHT производил огромные объемы данных — примерно 350 терабайт в день — которые хранились на высокопроизводительных жестких дисках, заполненных гелием. Эти данные были отправлены на высокоспециализированные суперкомпьютеры, известные как корреляторы, в Институте радиоастрономии им. Макса Планка и MIT Haystack Observatory 9.0016 объединить. Затем они были кропотливо преобразованы в изображение с использованием новых вычислительных инструментов, разработанных в сотрудничестве.

[4] 100 лет назад две экспедиции отправились на остров Принсипи у берегов Африки и Собрал в Бразилии, чтобы наблюдать солнечное затмение 1919 года с целью проверить общую теорию относительности, увидев, будет ли свет звезд преломляться вокруг краю Солнца, как и предсказывал Эйнштейн. В ответ на эти наблюдения EHT отправил членов команды на некоторые из самых высоких и изолированных радиостанций в мире, чтобы еще раз проверить наше понимание гравитации.

[5] Партнер Восточноазиатской обсерватории (EAO) по проекту EHT представляет участие многих регионов Азии, включая Китай, Японию, Корею, Тайвань, Вьетнам, Таиланд, Малайзию, Индию и Индонезию.

[6] В будущих EHT-наблюдениях будет существенно повышена чувствительность с участием обсерватории IRAM NOEMA , Гренландского телескопа и телескопа Китт-Пик .

[7] ALMA является партнерством Европейской южной обсерватории (ESO; Европа, представляющая ее государства-члены), Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии вместе с Национальным исследовательским центром. Совета (Канада), Министерства науки и технологий (МОСТ; Тайвань), Института астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA; Тайвань) и Корейского института астрономии и космических наук (KASI; Республика Корея) в сотрудничестве с Республикой Чили. APEX управляется ESO, 30-метровый телескоп управляется IRAM (организациями-партнерами IRAM являются MPG (Германия), CNRS (Франция) и IGN (Испания)), телескоп Джеймса Клерка Максвелла управляется EAO, Большой Миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано находится в ведении INAOE и UMass, субмиллиметровая решетка находится в ведении SAO и ASIAA, а субмиллиметровый телескоп находится в ведении Аризонской радиообсерватории (ARO). Телескоп Южного полюса находится в ведении Чикагского университета со специализированным оборудованием EHT, предоставленным Университетом Аризоны.

Дополнительная информация

Изображения пресс-релизов в более высоком разрешении (4000 x 2330 пикселей) можно найти здесь в формате PNG (16 бит) и JPG (8 бит). Изображение самого высокого качества (7416×4320 пикселей, TIF, 16 бит, 180 Мб) можно получить в репозиториях наших партнеров, NSF и ESO. На этой странице можно найти сводку последних новостей прессы и средств массовой информации. На этом веб-сайте вы можете найти более подробную информацию о сотрудничестве в меню «О EHT».

Это исследование было представлено в серии из шести статей, опубликованных сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters , а также в выпуске Focus Issue , в котором обобщаются опубликованные исследования. Доступ к отдельным документам можно получить бесплатно по следующим ссылкам:

Документ I: Тень сверхмассивной черной дыры
Документ II: Массив и инструментарий
Документ III: Обработка данных и калибровка
Документ IV: Изображение центральной сверхмассивной черной дыры
Документ V: Физическое происхождение асимметричного кольца
Документ VI: Тень и масса центральной черной дыры

Телескоп горизонта событий — обсерватория Хейстек Массачусетского технологического института

Получено первое в мире изображение черной дыры (M87)

Фото: EHTC

Телескоп Event Horizon

Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) — это группа обсерваторий, объединившихся для получения изображений излучения вокруг сверхмассивных черных дыр.

В 2019 году EHT сделал знаковые изображения излучения вокруг черной дыры в M87. Изображения показали кольцо, как и предсказывала общая теория относительности. Размер кольца указывает на то, что масса черной дыры в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца. Снимки свидетельствуют об изменении структуры излучения М87 в течение шести дней наблюдений.

Изображения M87, полученные с помощью Event Horizon Telescope Collaboration

Еще одной главной целью EHT является Стрелец A* (Sgr A*), черная дыра в центре Млечного Пути. Оценки массы черной дыры в Sgr A* намного меньше, чем у M87, и весит всего в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Из-за этой гораздо меньшей массы временная шкала изменчивости Sgr A * составляет всего несколько минут, что значительно усложняет получение изображений.

Массив EHT

EHT ведет наблюдения на частоте 230 ГГц (длина волны 1,3 мм) с использованием метода интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI). С РСДБ обсерватории по всей планете действуют как телескоп размером с Землю, способный разрешать детали с угловым размером менее 20 угловых микросекунд, что эквивалентно возможности увидеть апельсин на поверхности Луны.

Массив EHT состоит из телескопов во Франции, Испании, Гренландии, Чили, США (Аризона и Гавайи), Мексике и на Южном полюсе. Эти телескопы одновременно наблюдают за целевым источником, записывая петабайты данных на жесткие диски, которые позже отправляются обратно в обсерваторию Хейстек Массачусетского технологического института и Институт радиоастрономии им. Макса Планка в Бонне, Германия. Данные проходят через коррелятор Haystack, создавая меньший набор данных, который можно откалибровать и отобразить.

Директор Haystack Колин Лонсдейл ответил на общие вопросы о черных дырах и историческом изображении M87 (совместно с ученым EHT Кэти Боуман) для Национального научного фонда (NSF):

Instrumentation

блочный преобразователь с понижением частоты (BDC), цифровая серверная часть ROACh3 (R2DBE) и регистраторы данных Mark 6. Разработанный Haystack BDC преобразует сигналы в частотный диапазон, дискретизированный R2DBE. Haystack также разработал системы Mark 6, которые записывают выходные данные R2DBE и воспроизводят данные на корреляторе.

Ключевым достижением, позволяющим EHT получать важные научные результаты, является проект ALMA Phasing Project, проект под руководством Haystack по суммированию сигналов от отдельных антенн массива ALMA в Чили в очень чувствительный элемент массива. Впечатляющая производительность фазированного ALMA обеспечивает надежное обнаружение для других телескопов в EHT, что значительно упрощает обнаружение источников на длинных базовых линиях и калибровку данных.

Наблюдения Телескопа Горизонта Событий были сделаны наблюдениями по всему миру; данные были отправлены в обсерваторию Хейстек Массачусетского технологического института и в Институт радиоастрономии им. Макса Планка для корреляции

Алгоритмы

Основной способ сокращения данных EHT использует систему постобработки Haystack Observatory (HOPS). Первоначально разработанный в 1990-х годах для обработки геодезических РСДБ-данных, HOPS хорошо зарекомендовал себя в решении задач сокращения миллиметровых РСДБ-данных. Haystack находится в середине программы разработки по модернизации HOPS на основе уроков, извлеченных из многолетней обработки данных EHT.

Haystack находится в авангарде алгоритмов преобразования калиброванных данных в изображения. Библиотека изображений с разреженным моделированием для интерферометрии (SMILI) доказала свою эффективность при реконструкции изображений со сверхвысоким разрешением по сравнению с традиционными методами визуализации.

Цели

EHT предназначен для получения изображения области, подверженной сильному гравитационному линзированию вокруг сверхмассивных черных дыр. Общая теория относительности предсказывает появление яркого фотонного кольца, размер которого пропорционален массе черной дыры. Подтверждение того, что внутренний край кольца является круглым и имеет предсказанный размер, представляет собой проверку общей теории относительности в условиях сильного поля. M87 и Sgr A* являются основными мишенями, в которых фотонное кольцо легко разрешается с помощью EHT.

Целью EHT также является изучение астрофизики систем сверхмассивных черных дыр. Две основные цели общей теории относительности, M87 и Sgr A*, сильно различаются по астрофизическому характеру. M87 — это источник активного галактического ядра (AGN) с низкой светимостью, который запускает струю, заметную в радио- и оптическом диапазонах. Sgr A * не имеет явного джета и на порядки меньше M87 по массе и скорости аккреции. В дополнение к этим двум источникам EHT наблюдает широкий спектр источников AGN с заметными джетами, от радиогалактик до блазаров, с разрешением, недоступным для любого другого инструмента.

Направления будущего

EHT стремится к наблюдению на частоте 345 ГГц (0,87 мм), что позволит получать изображения с еще более высоким угловым разрешением. EHT также закладывает основу для расширенных кампаний по наблюдению, чтобы снять видеоролики о запуске реактивного самолета в M87.

Команда проекта

Haystack EHT Винсент Фиш (слева) и Казунори Акияма (справа) на пресс-конференции NSF в Вашингтоне, округ Колумбия, апрель 2019 г.

Казунори Акияма
Джон Барретт
Roger Cappallo
Geoff Crew
Joseph Crowley
Mark Derome
Kevin Dudevoir
Vincent Fish
Michael Hecht
Colin J. Lonsdale
Lynn Matthews
Kotaro Moriyama
Michael Poirier
Alan E.E. Rogers
Честер Рущик
Джейсон СуХу
Дон Соуза
Майкл Титус
Алан Уитни

— Письма из астрофизического журнала

Шеп Доулман (директор-основатель) от имени EHT Collaboration

апрель 2019 г.

Рис. 1. EHT-изображения M87 в четыре разные ночи наблюдений. На каждой панели белый кружок показывает разрешение EHT. На всех четырех изображениях преобладает яркое кольцо с усиленной эмиссией на юге. Из Документа IV (Рисунок 15).

Мы сообщаем о первом изображении черной дыры.

В этом фокусном выпуске представлены изображения радиоизлучения сверхмассивной черной дыры, которая, как полагают, находится в центре галактики M87, со сверхвысоким угловым разрешением (рис. 1). Отличительной чертой изображений является неправильное, но четкое яркое кольцо, размер и форма которого точно соответствуют ожидаемой линзированной орбите фотонов черной дыры массой 6,5 миллиардов солнечных. Вскоре после того, как Эйнштейн ввел общую теорию относительности, теоретики вывели полную аналитическую форму фотонной орбиты и впервые смоделировали ее вид в виде линзы в 19 веке.70-е годы. К 2000-м годам стало возможным зарисовать «тень», образующуюся на изображении, когда синхротронное излучение оптически тонкого аккреционного потока линзируется гравитацией черной дыры. В это время начали накапливаться наблюдательные доказательства существования черных дыр в центрах активных галактик и в нашем собственном Млечном Пути. В частности, устойчивый прогресс в радиоастрономии позволил проводить интерферометрические наблюдения со сверхдлинной базой (РСДБ) на все более коротких длинах волн, нацеленные на сверхмассивные черные дыры с самыми большими видимыми горизонтами событий: M87 и Sgr A* в центре Галактики. Компактные размеры этих двух источников были подтверждены исследованиями на 1,3 мм, сначала с использованием базовых линий, протянувшихся от Гавайев до материковой части США, а затем с повышенным разрешением базовых линий до Испании и Чили.

За последнее десятилетие EHT расширил эти первые измерения размера, чтобы развернуть более амбициозную кампанию по визуализации самой тени. В период с 5 по 11 апреля 2017 года телескоп Event Horizon Telescope (EHT) наблюдал M87 и калибраторы в течение четырех отдельных дней, используя группу, включающую восемь радиотелескопов в шести географических точках: Аризона (США), Чили, Гавайи (США), Мексика. , Южный полюс и Испания (рис. 2). Годы подготовки (и удивительная волна хорошей погоды по всей планете) окупились за счет экстраординарного сбора данных в несколько петабайт. Представленные здесь результаты, от наблюдений через изображения до интерпретации, исходят от группы экспертов по инструментам, алгоритмам, программному обеспечению, моделированию и теоретикам, после огромных усилий группы ученых, которые охватывают все этапы карьеры, от студентов до старших членов. поле. Более 200 участников из 59институты в 20 странах и регионах посвятили годы усилиям, объединенным общим научным видением.

Рисунок 2. Карта EHT. Станции, активные в 2017 и 2018 годах, показаны соединительными линиями и отмечены желтым цветом, участки, находящиеся в эксплуатации, отмечены зеленым цветом, а унаследованные участки отмечены красным. Из статьи II (рис. 1).

Последовательность писем в этом выпуске дает представление о полном объеме проекта и выводах, сделанных на сегодняшний день. Документ II начинается с описания массива EHT, технических разработок, позволивших обнаружить предвестников, и всего спектра наблюдений, о которых здесь сообщается. Благодаря развертыванию новой аппаратуры на существующих объектах в результате сотрудничества был создан новый телескоп с уникальными возможностями для получения изображений черных дыр. В документе III подробно описаны наблюдения, обработка данных, алгоритмы калибровки и строгие протоколы проверки конечных продуктов данных, используемых для анализа. Документ IV дает полный процесс и подход к реконструкции изображения. Окончательные изображения появились после тщательной оценки традиционных алгоритмов визуализации и новых методов, адаптированных к инструменту EHT, а также многомесячного тестирования алгоритмов визуализации путем анализа наборов синтетических данных. В Paper V используются недавно собранные библиотеки общего релятивистского магнитогидродинамического (GRMHD) моделирования и расширенной трассировки лучей для анализа изображений и данных в контексте аккреции черных дыр и запуска струй. В документе VI используются подгонки модели, сравнение моделирования с данными и извлечение признаков из изображений для получения формальных оценок размера и формы линзированного эмиссионного кольца, массы черной дыры и ограничений на природу черной дыры и окружающего ее пространства-времени. . Документ I представляет собой краткое изложение.

Наше изображение тени удерживает массу M87 в пределах ее фотонной орбиты, что является убедительным доказательством существования сверхмассивных черных дыр. Эти наблюдения согласуются с доплеровским просветлением релятивистски движущейся плазмы вблизи черной дыры, образующей линзу вокруг фотонной орбиты. Они укрепляют фундаментальную связь между активными галактическими ядрами и центральными двигателями, работающими за счет аккрецирующих черных дыр, благодаря совершенно новому подходу. В ближайшие годы коллаборация EHT расширит свои усилия, включив в них полную поляриметрию, картографирование магнитных полей в масштабе горизонта, исследования временной изменчивости и повышение разрешения за счет наблюдений на более коротких длинах волн.

Короче говоря, эта работа сигнализирует о развитии новой области исследований в астрономии и физике, когда мы сосредоточимся на точных изображениях черных дыр в масштабах горизонта. Перспективы для того, чтобы еще больше заострить наше внимание, превосходны.

Хуиб Ян ван Лангевелде (Директор EHT) от имени EHT Collaboration

Март 2021

К культовому изображению черной дыры в M87 мы добавляем информацию о поляризации.

Во время наблюдений 2017 года телескопы Event Horizon Telescope (EHT) зафиксировали миллиметровое излучение из окрестности сверхмассивной черной дыры в двух режимах поляризации. Это позволяет нам реконструировать линейную поляризацию вблизи черной дыры (Документ VII). От яркого синхротронного излучения ожидается высокая линейная поляризация, поскольку релятивистские электроны ускоряются локальными магнитными полями. Эти магнитные поля являются ключевым компонентом в объяснении образования джетов, которые заставляют радиоактивные ядра галактик (АЯГ) доминировать в радионебе. При параллельном изучении различных схем калибровки были получены надежные поляризационные изображения, подкрепленные статистическими данными, полученными с помощью моделирования. На окончательных изображениях поляризация значительна, но, вероятно, уменьшена за счет фарадеевского скремблирования в луче. Азимутальная структура может быть понята с точки зрения преимущественно полоидального магнитного поля. Сравнивая эти результаты с поляризационными сигнатурами моделей из библиотеки общих релятивистских магнитогидродинамических (GRMHD) симуляций, можно вывести важные ограничения на механизм аккреции и формирования струй (Документ VIII). Анализ отдает предпочтение магнитно-удерживаемым дискам (MAD), в которых магнитные поля являются доминирующей силой, регулирующей аккрецию на черную дыру. Это первый случай разрешения магнитного поля в масштабе горизонта событий вокруг сверхмассивной черной дыры.

Поляризованное изображение тени черной дыры M87, полученное 11 апреля 2017 г. с помощью EHT (левая панель; из Документа VII, рис. 7), и изображение из Библиотеки моделей EHT с магнитной конфигурацией MAD, спин черной дыры 0,5, угол обзора i = 158 градусов, R _high = 80 и R _low = 10 (правая панель; из документа VIII, рисунок 6).

Результаты первого телескопа M87 Event Horizon. I. Тень сверхмассивной черной дыры

Сотрудничество с телескопом Event Horizon и др. 2019 ApJL 875 L1

Результаты первого телескопа M87 Event Horizon. II. Массив и приборы

Сотрудничество с телескопом Event Horizon et al. 2019 ApJL 875 L2

Результаты первого телескопа M87 Event Horizon. III. Обработка данных и калибровка

Сотрудничество с телескопом Event Horizon et al. 2019 ApJL 875 L3

Результаты первого телескопа M87 Event Horizon. IV. Изображение центральной сверхмассивной черной дыры

Сотрудничество с телескопом Event Horizon и др. 2019 ApJL 875 L4

Результаты первого телескопа M87 Event Horizon. V. Физическое происхождение асимметричного кольца

Сотрудничество с телескопом Event Horizon et al.