В млечном пути черная дыра: Астрономы впервые получили фото черной дыры в центре Млечного Пути

Монстр в центре галактики. Ученые впервые показали фото черной дыры на Млечном Пути

12 мая 2022

Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.

Автор фото, EHT collaboration

Подпись к фото,

Фотография Стрельца A*, сделанная учеными

Ученые обнародовали первое фото гигантской (по-научному — сверхмассивной) черной дыры, притаившейся в самом центре Млечного Пути — нашей галактики.

Масса этого космического объекта под названием Стрелец A* (именно так, со звездочкой) в 4 млн (!) раз превышает массу нашего Солнца.

На снимке видна центральная темная область (центральная депрессия яркости), где и обитает эта черная дыра. Она окружена кольцом яркого света, который излучает перегретый газ, ускоряющийся под воздействием неимоверных гравитационных сил.

Чтобы понять масштабы, это кольцо по размерам сопоставимо с орбитой Меркурия, вращающегося вокруг Солнца — около 60 млн км в поперечнике.

К счастью для землян монстр находится весьма далеко от нас, за 26 тыс. световых лет, так что опасности быть затянутыми в эту дыру нет.

• «Абсолютный монстр»: ученым впервые удалось сфотографировать горизонт событий черной дыры
• Ученые получили самые детальные изображения галактик. По ним можно наблюдать за деятельностью черных дыр
• «Звездный монстр»: ученые обнаружили огромную черную дыру, которая не должна существовать

В 2019 году астрономам уже удалось сделать портрет другой сверхмассивной черной дыры — Мессье 87, или просто М 87, которая в тысячу раз превышает массу Стрельца и в 6,5 млрд раз — массу нашего Солнца, однако и находится она дальше, уже в другой галактике.

«Новая фотография — особенная, потому что это «наша» сверхмассивная черная дыра, — гордо заявляет один из учредителей проекта EHT, профессор астрофизики Хейно Фальке. — Эта дыра живет, так сказать, на нашем заднем дворе, и если вы хотите понять, как вообще живут и работают черные дыры, именно она сможет вам об этом рассказать, потому что мы видим ее во всех подробностях».

«Бублик на поверхности Луны»

Сама по себе фотография черной дыры — это уже огромное технологическое достижение. Несмотря на свои колоссальные размеры, Стрелец A* выглядит в небе крошечной точкой, и чтобы детально рассмотреть ее, требуется невероятная степень разрешения.

Пропустить Подкаст и продолжить чтение.

Подкаст

Что это было?

Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.

эпизоды

Конец истории Подкаст

Для этого в EHT воспользовались технологией под названием радиоинтерферометрия со сверхдлинными базами (VLBI).

По сути эта технология позволяет использовать сеть разнесенных на большое расстояние радиоантенн, которые вместе образуют радиотелескоп размером со всю нашу планету.

Таким образом угол наблюдаемого космического пространства может быть урезан до микроарксекунд — тысячных долей угловой секунды. Такая узкая направленность настолько повышает остроту зрения, что если бы это был человек, он смог бы рассмотреть бублик на поверхности Луны.

Но даже при такой дальнозоркости, чтобы создать картинку черной дыры из нескольких петабайт (один петабайт равен миллиону гигабайт) собранных данных, понадобились сложные алгоритмы и бесконечные часы компьютерных вычислений.

Собственно говоря, поскольку черная дыра искривляет свет, увидеть можно только ее тень, однако яркость материи, окружающей эту тень и выплескивающейся наружу в кольцо, именуемое аккреционным диском, выдает местоположение самого черного монстра.

А в чем, собственно, новость?

Если сравнить снимки Стрельца и М87, на первый взгляд может показаться, что особой разницы между ними нет, но на самом деле это не так.

Наблюдение за обеими черными дырами велось в одно и то же время — в начале 2017 года, однако по сравнению со Стрельцом более массивная M87 выглядела почти статичной.

А вот структура кольца раскаленного газа вокруг Стрельца менялась в тысячу раз быстрее.

Это особенно заметно проявилось в созданных астрофизиками компьютерных моделях, позволяющих вам оказаться как бы в центре нашей галактики и своими глазами (правда, способными видеть в радиодиапазонах) наблюдать за этой черной дырой.

Эти быстрые изменения вокруг Стрельца A* как раз и стали причиной того, что над созданием образа этой черной дыры астрофизики трудились намного дольше, чем в случае с M87, ведь обработка данных потребовала куда больше усилий.

Автор фото, NASA

Подпись к фото,

Инфракрасный телескоп Джеймс Уэбб внимательнее присмотрится к окружению черного монстра

Ученые давно уже подозревали, что сверхмассивные черные дыры предпочитают жить в центре галактик, ведь именно там возникают гравитационные силы, разгоняющие звезды до скорости в 24 тыс. км/c (наше Солнце, для сравнения, «ползет» по галактике со скоростью всего 230 км/с).

Однако награждая в 2020 году астрофизиков Райнхарда Генцеля и Андреу Гез за работу по изучению Стрельца A*, Нобелевский комитет сознательно избегал словосочетания «черная дыра» и упоминал лишь «сверхмассивный компактный объект» на случай, если для этого экзотического феномена найдется какое-то другое объяснение. Однако сегодня все сомнения окончательно отпали.

Уже в августе этого года новый телескоп Джеймс Уэбб (JWST), самый крупный космический телескоп с самым большим зеркалом, обратит свой взор на Стрельца A*.

Правда, у этой орбитальной инфракрасной обсерватории стоимостью 10 млрд долларов не хватит разрешения на то, чтобы напрямую заснять черную дыру и ее аккреционный диск, зато благодаря своим сверхчувствительным инструментам она поможет астрономам детально изучить поведение и свойства сотен звезд вокруг черной дыры.

Ученые даже надеются найти черные дыры размером с обычные звезды и сгустки невидимой, или черной материи в этом регионе Млечного Пути.

посмотрите на фото черной дыры в Млечном Пути

Елизавета
Приставка

Новостной редактор

Елизавета
Приставка

Новостной редактор

В сердце нашей галактики есть черная дыра, которую ученые смогли сфотографировать и теперь показали всем. Ее изучают с помощью телескопа Event Horizon (EHT). Ранее удалось сделать всего одно фото черной дыры, и это был невероятный прорыв. «Хайтек» разбирается, почему нам так важно знать все о нашей ближайшей черной дыре.

Читайте «Хайтек» в

Сфотографировать объект, который не выпускает даже свет наружу, — непростая задача. Восемь астрономических организаций по всему миру объединились, чтобы сделать второй в истории человечества снимок черной дыры.  

Фотография черной дыры в сердце Млечного Пути

Что произошло?

Ученые впервые показали фотографию черной дыры, которая находится в центре нашей галактики. Международная команда ученых представила свое новаторское открытие в прямом эфире 12 мая 2022 года. 

Астрономы работали на телескопе Event Horizon (EHT), чтобы сделать изображение Стрельца А* — это сверхмассивная черная дыра в центре Млечного Пути. 

Как черную дыру сфотографировали впервые?

В 2019 году телескоп EHT сделал первые в истории человечества снимки нагретой пыли и газа, которые окружают сверхмассивную черную дыру в центре галактики M87, она расположена на расстоянии 55 млн световых лет от нас.

По словам Франса Кордовы, директора Национального научного фонда США, изображение черной дыры из M87 — это важнейшая работа современных ученых.

Фото черной дыры в галактике M87

Но на первом месте в списке задач EHT сегодня черная дыра, скрывающаяся в центре нашей собственной галактики. Стрелец A*, или сокращенно Sgr A*, находится на расстоянии 27 000 световых лет от нас и имеет небольшой вес, он всего в 4 млн раз превышает массу Солнца.

Но остается несколько вопросов, удастся ли ученым показать горизонт событий этой черной дыры. Если да, то будет ли это выглядеть так, как на снимке в M87.

Зачем нам фото черной дыры?

Если мы больше узнаем о характеристиках и внешнем виде ближайшей черной дыры, это поможет ученым понять эволюцию нашей галактики, считает Джосс Блэнд-Хоторн, астрофизик из Сиднейского университета.

Но мы не можем просто так наблюдать черные дыры. В их центре гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться наружу. Чтобы сделать снимок черной дыры, EHT использует свет, который излучает горячий газ, вращающийся около края диска черной дыры.

Что мы знаем о ближайшей черной дыре?

В центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра, масса которой более чем в миллион раз превышает массу нашего Солнца.

Астрономы десятилетиями подозревали, что в нашей галактике тоже есть своя черная дыра, но доказать это было сложно. Эти подозрения исчезли, когда две разные команды ученых из США и Германии исследовали точное движение звезд вокруг центра нашей галактики в 1990-х годах.

Ученые отслеживали эти звезды около 20 лет и поняли, что они движутся под влиянием очень, очень массивного, плотного, темного сгустка. Дальше сократили эту область исследования до соврем небольшой, в результате они пришли к выводу, что это могла быть только черная дыра или что-то, что ведет себя как черная дыра. Андреа Гез и Рейнхард Генцель, возглавлявшие команды, получили Нобелевскую премию по физике 2020 года за свою работу.

Но до сих пор знания ученых о черной дыре в центре Млечного пути ограничивались знанием о том, что ее огромное гравитационное притяжение сильно влияет на любые пролетающие мимо объекты. 

Читать далее

Американский спутник «разглядел» с Земли необычное послание

Опубликовано видео с ракеты, которую запустили из экспериментального ускорителя

Гигантскую воронку нашли в Китае. Там могут скрываться неизвестные науке виды

Первый взгляд на чёрную дыру в центре Млечного пути

12 мая 2022 года астрономы представили первое изображение сверхмассивного объекта в центре нашей Галактики. Результаты исследования предоставляют важные сведения о поведении подобных объектов и дают надёжные доказательства, что это действительно чёрная дыра.

10 апреля 2019 года исследовательский коллектив под названием «Телескоп горизонта событий» (Event Horizon Telescope, EHT) опубликовал первое изображение сверхмассивной чёрной дыры внутри галактики Мессье 87. Этот успех позволил астрономам перейти к изучению аналогичного объекта в центре нашей собственной галактики Млечный Путь. Наблюдения были проведены в 2017 году. Затем более 300 исследователей из 80 институтов по всему миру усердно работали в течение пяти лет над объединением, обработкой и анализом данных, используя суперкомпьютеры. Одновременно они собирали беспрецедентную библиотеку смоделированных чёрных дыр для сравнения с наблюдениями.

Изображение Sgr A*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Видна темная центральная область (называемая тенью), окруженная яркой кольцеобразной структурой.

Карта размещения обсерваторий Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope), включающий восемь обсерваторий в шести местах (ESO)

‹

›

Открыть в полном размере

Чёрные дыры — необычные космические объекты, предсказанные общей теорией относительности Эйнштейна. Они имеют гигантские массы и небольшие размеры. Их гравитация настолько велика, что не позволяет «убежать» от них даже свету. Поэтому сами чёрные дыры увидеть нельзя. Но благодаря своей чудовищной гравитации они стягивают к себе вещество из окружающего пространства, заставляя его нагреваться и излучать. Это излучение и фиксируют астрономы. Так что изображение, полученное астрономами, — это не фотография чёрной дыры, а скорее её силуэт, «тень», на фоне светящегося вещества — тёмная центральная область, называемая тенью, окружённая яркой кольцеобразной структурой, форма которой определяется общей теорией относительности. Подробно об этом можно прочитать в статье «Изображение чёрной дыры: что на самом деле получили астрономы». Характерные особенности этого изображения позволяют получить много ценной информации об этих объектах.

Ранее учёные наблюдали звёзды, обращающиеся вокруг невидимого, компактного и очень массивного, в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца, объекта в центре Млечного Пути, названного Стрелец A* (Sgr A*). Эти исследования доказали, что он представляет собой чёрную дыру и были удостоены Нобелевской премии по физике за 2020 год. Подробно об этом можно прочитать в статье «Долгожданное признание чёрных дыр». И вот, наконец, получено изображение, подтверждающее ранее сделанные выводы, и позволяющее продолжать исследования на новом уровне.

Получить изображение чёрной дыры в Млечном пути оказалось значительно сложнее, чем для M 87*, хотя Sgr A* гораздо ближе к нам. Дело в том, что вещество в окрестности чёрной дыры движется почти со скоростью света. Но вокруг огромной чёрной дыры в M 87* ему требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы совершить оборот, а около значительно меньшего Sgr A* оно совершает полный оборот за считанные минуты. Это приводит к тому, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро меняются за время наблюдений. Как пошутил один из астрономов, они предпринимали что-то вроде попытки сделать чёткий снимок щенка, быстро гоняющегося за своим хвостом. Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, которые учитывали бы движение газа вокруг Sgr A*. Если M 87* была лёгкой и устойчивой целью, и почти все её изображения выглядели одинаково, то с Sgr A* ситуация была совершенно иной. Поэтому изображение чёрной дыры Sgr A* представляет собой среднее значение различных изображений.

Тем не менее, обе чёрные дыры выглядят удивительно похожими, несмотря на совершенно разные типы галактик и разницу в массе более чем в тысячу раз. Поразительная похожесть этих чёрных дыр вблизи края говорит нам, что там ими «управляет» общая теория относительности, и любые различия, которые мы видим дальше, должны быть связаны с различиями в окружающем их материале. Теперь астрономы смогут изучить различия между этими двумя сверхмассивными чёрными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как протекают процессы, играющие огромную роль в космологии, и как гравитация ведёт себя в экстремальных условиях.

Телескоп горизонта событий в этом исследовании объединил восемь радиообсерваторий, расположенных в разных концах Земли, превратив их в огромный телескоп, обладающий большой разрешающей способностью, то есть способностью различать мелкие детали на огромном расстоянии. Поскольку чёрная дыра в Млечном пути находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли, на небе она имеет примерно такой же размер, как теннисный мяч на Луне.

Черная дыра в центре Млечного Пути внезапно проснулась, заявляют ученые

https://ria.ru/20190812/1557408191.html

Черная дыра в центре Млечного Пути внезапно проснулась, заявляют ученые

Черная дыра в центре Млечного Пути внезапно проснулась, заявляют ученые — РИА Новости, 12.08.2019

Черная дыра в центре Млечного Пути внезапно проснулась, заявляют ученые

Ученые, работающие с телескопом Кека на Гавайских островах, зафиксировали мощную вспышку в окрестностях сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре Галактики… РИА Новости, 12.08.2019

2019-08-12T11:24

2019-08-12T11:24

2019-08-12T18:22

наука

астрономия

сша

гавайи

космос — риа наука

черная дыра

космос

астрофизика

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

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

https://cdnn21. img.ria.ru/images/153306/01/1533060150_0:315:2000:1440_1920x0_80_0_0_86a10525be07c15d80de10f42215ea88.jpg

Мы все умрём. Чёрные дыры

Астрофизик Стивен Хокинг посвятил свою жизнь изучению чёрных дыр. К сожалению, он всего год не дожил до появления первой фотографии одной из них. Хокинг верил, что сквозь чёрные дыры можно путешествовать в пространстве и времени. А что учёные знают про них наверняка? Чёрные дыры – «космический шредер» или возможный источник спасения человечества?

audio/mpeg

МОСКВА, 12 авг — РИА Новости. Ученые, работающие с телескопом Кека на Гавайских островах, зафиксировали мощную вспышку в окрестностях сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре Галактики. Она могла разорвать на части звезду или поглотить большое количество материи в конце мая, сообщил известный астроном Фил Плейт.В центре Млечного Пути и, предположительно, всех остальных галактик Вселенной «обитает» необычно крупная черная дыра. В нашем случае она примерно в четыре миллиона раз тяжелее Солнца и расположена на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли. Эту черную дыру, которую астрономы называют Sgr A*, окружают десятки звезд и несколько крупных облаков газа, периодически сближающихся и проходящих на опасном расстоянии от нее.Яркие примеры этого — звезда S0-2, открытая астрономами почти два десятилетия назад, и облако газа G2, обнаруженное немецким астрономом Райнхардом Генцелем в 2011 году. Оба объекта пролетели относительно недавно на рекордно малом расстоянии от горизонта событий, и астрономы предполагали, что эти пролеты должны были сопровождаться мощным фейерверком или даже гибелью и того и другого кандидата на роль «обеда» черной дыры.Подобный исход событий интересовал астрофизиков по одной простой причине: Sgr A*, в отличие от многих других сверхмассивных черных дыр, находится в «спячке» и не проявляет особых признаков активности. Поглощение звезды или облака газа, как надеялись исследователи, должно было пробудить ее и дать им первую возможность детально изучить структуру выбросов черной дыры и то, как она поглощает материю.Этим надеждам, как считали раньше астрономы, не было суждено сбыться. Первые наблюдения за рандеву Sgr A* со звездой и облаком газа показали, что оба объекта пережили сближение и не были уничтожены черной дырой. Более того, ученые не зафиксировали никаких вспышек и других намеков на потерю значительной части массы.Ситуация, по словам Фила Плейта, резко изменилась в середине мая этого года, когда До и его коллеги, работавшие с телескопом Кека, установленным на горе Мауна-Кеа на Гавайях, начали фиксировать очень большие и быстрые вариации в силе инфракрасного свечения Sgr A*. В некоторых случаях ее яркость повышалась в 75 раз за несколько часов, а потом так же быстро падала. Как объясняет астрофизик, большую часть тепла и света, исходящего от черной дыры, поглощает толстая «шуба» из пыли и газа, окружающего центр Галактики, поэтому эти сдвиги говорили о резких изменениях в поведении Sgr A* и ее возможном пробуждении.Сила этого свечения продолжала расти по конец мая этого года, однако о дальнейших изменениях в поведении черной дыры астрономы пока не могут сказать по одной очень «земной» причине. Дело в том, что ученые уже почти два месяца не имеют физического доступа к телескопам из-за того, что протестующие религиозные активисты перекрыли главную дорогу к обсерваториям, пытаясь остановить строительство 30-метрового мегателескопа TMT на вершине «священной горы».В прошлую пятницу власти Гавайских островов нашли общий язык с активистами и договорились, что те позволят астрономам возобновить работу в самое ближайшее время, не блокируя альтернативные пути подъезда к вершине Мауна-Кеа.Быстрое восстановление работы телескопа Кека и его «соседей», как объяснил До, критически важно для астрономов, так как за центром Галактики, в силу особенностей орбиты Земли, они могут наблюдать далеко не всегда.По его словам, у ученых осталось лишь несколько недель до того, как Sgr A* скроется за «горизонтом» и они до начала следующего года потеряют возможность наблюдать за ее пробуждением. Это может стать невосполнимой потерей для науки, заключил исследователь.

https://ria.ru/20190412/1552614618. html

https://ria.ru/20190711/1556415508.html

сша

гавайи

космос

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

2019

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

Новости

ru-RU

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

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

РИА Новости

1

5

4.7

96

[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/153306/01/1533060150_0:127:2000:1627_1920x0_80_0_0_4a55a907819ba84cb97100e9a1c28abc. jpg

1920

1920

true

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

РИА Новости

1

5

4.7

96

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

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

астрономия, сша, гавайи, космос — риа наука, черная дыра, космос, астрофизика

Наука, Астрономия, США, Гавайи, Космос — РИА Наука, черная дыра, Космос, астрофизика

МОСКВА, 12 авг — РИА Новости. Ученые, работающие с телескопом Кека на Гавайских островах, зафиксировали мощную вспышку в окрестностях сверхмассивной черной дыры Sgr A* в центре Галактики. Она могла разорвать на части звезду или поглотить большое количество материи в конце мая, сообщил известный астроном Фил Плейт.

«Сейчас у нас есть две гипотезы. С одной стороны, Sgr A* могла вырвать и поглотить часть материи звезды S0-2, сблизившейся с ней в мае прошлого года. С другой, мы не исключаем того, что в этот момент дыру достигла часть облака газа G2, которое подошло к ней на опасное расстояние пять лет назад», — заявил Тун До (Tuan Do), астроном из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (США).

В центре Млечного Пути и, предположительно, всех остальных галактик Вселенной «обитает» необычно крупная черная дыра. В нашем случае она примерно в четыре миллиона раз тяжелее Солнца и расположена на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли.

Эту черную дыру, которую астрономы называют Sgr A*, окружают десятки звезд и несколько крупных облаков газа, периодически сближающихся и проходящих на опасном расстоянии от нее.

12 апреля 2019, 11:11Наука

Тень пустоты: почему ученые пока не увидели черную дыру в центре Галактики

Яркие примеры этого — звезда S0-2, открытая астрономами почти два десятилетия назад, и облако газа G2, обнаруженное немецким астрономом Райнхардом Генцелем в 2011 году. Оба объекта пролетели относительно недавно на рекордно малом расстоянии от горизонта событий, и астрономы предполагали, что эти пролеты должны были сопровождаться мощным фейерверком или даже гибелью и того и другого кандидата на роль «обеда» черной дыры.

Подобный исход событий интересовал астрофизиков по одной простой причине: Sgr A*, в отличие от многих других сверхмассивных черных дыр, находится в «спячке» и не проявляет особых признаков активности. Поглощение звезды или облака газа, как надеялись исследователи, должно было пробудить ее и дать им первую возможность детально изучить структуру выбросов черной дыры и то, как она поглощает материю.

Этим надеждам, как считали раньше астрономы, не было суждено сбыться. Первые наблюдения за рандеву Sgr A* со звездой и облаком газа показали, что оба объекта пережили сближение и не были уничтожены черной дырой. Более того, ученые не зафиксировали никаких вспышек и других намеков на потерю значительной части массы.

Here’s a timelapse of images over 2. 5 hr from May from @keckobservatory of the supermassive black hole Sgr A*. The black hole is always variable, but this was the brightest we’ve seen in the infrared so far. It was probably even brighter before we started observing that night! pic.twitter.com/MwXioZ7twV

— Tuan Do (@quantumpenguin) August 11, 2019

Ситуация, по словам Фила Плейта, резко изменилась в середине мая этого года, когда До и его коллеги, работавшие с телескопом Кека, установленным на горе Мауна-Кеа на Гавайях, начали фиксировать очень большие и быстрые вариации в силе инфракрасного свечения Sgr A*. В некоторых случаях ее яркость повышалась в 75 раз за несколько часов, а потом так же быстро падала.

Как объясняет астрофизик, большую часть тепла и света, исходящего от черной дыры, поглощает толстая «шуба» из пыли и газа, окружающего центр Галактики, поэтому эти сдвиги говорили о резких изменениях в поведении Sgr A* и ее возможном пробуждении.

«Вариации в яркости свечения говорят о том, что количество газа, падающего на горизонт событий, заметно и очень быстро меняется. Что именно порождает эти флуктуации, мы пока не знаем, как и не можем сказать, как долго продлится это пробуждение черной дыры», — продолжает До.

Сила этого свечения продолжала расти по конец мая этого года, однако о дальнейших изменениях в поведении черной дыры астрономы пока не могут сказать по одной очень «земной» причине.

Дело в том, что ученые уже почти два месяца не имеют физического доступа к телескопам из-за того, что протестующие религиозные активисты перекрыли главную дорогу к обсерваториям, пытаясь остановить строительство 30-метрового мегателескопа TMT на вершине «священной горы».

11 июля 2019, 12:33Наука

Ученые начнут постройку крупнейшего телескопа мира на следующей неделе

В прошлую пятницу власти Гавайских островов нашли общий язык с активистами и договорились, что те позволят астрономам возобновить работу в самое ближайшее время, не блокируя альтернативные пути подъезда к вершине Мауна-Кеа.

Быстрое восстановление работы телескопа Кека и его «соседей», как объяснил До, критически важно для астрономов, так как за центром Галактики, в силу особенностей орбиты Земли, они могут наблюдать далеко не всегда.

По его словам, у ученых осталось лишь несколько недель до того, как Sgr A* скроется за «горизонтом» и они до начала следующего года потеряют возможность наблюдать за ее пробуждением. Это может стать невосполнимой потерей для науки, заключил исследователь.

тонкости эксперимента — Троицкий вариант — Наука

Сеть радиотелескопов EHT (коллаж: на самом деле они расположены в разных точках земного шара). eso.orgБорис ШтернАндрей Лобанов

Продолжаем обсуждение результатов Телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) по черной дыре в центре нашей Галактики (предыдущая заметка: [1]). На сей раз — взгляд изнутри: член команды EHT Андрей Лобанов, науч. сотр. Института радиоастрономии Общества Макса Планка, отвечает на вопросы Бориса Штерна.

— Мы не будем затрагивать общие вопросы, поскольку расхожие сведения про черную дыру в центре Галактики и ее «снимок» где только не публиковались. Предлагаю поговорить о наиболее тонких и наименее очевидных деталях эксперимента. Первый вопрос: что представляет из себя поток данных на Телескоп горизонта событий? Там много микроволновых антенн, разбросанных по всей Земле. Что приходит на каждую из них, какой поток данных? Просто чтобы люди представляли, с чем приходится иметь дело тем, кто занимается обработкой.

— На каждой из антенн вся получаемая информация записывается на жесткие диски, которые свозятся в один корреляционный центр, где начинается совместная обработка всех данных. Запись данных идет в широком формате, в полосе шириной в 4 гигагерца. Чтобы записать такую полосу, используется два бита кодирования, записываются две поляризации, и общая скорость записи получается 32 гигабита в секунду. (Терабайтный диск — за 4 с небольшим минуты. — Б. Ш.) Это очень серьезная скорость записи — на настоящий момент самая большая в радиоастрономии, но готовятся системы, которые превзойдут этот поток в 8 раз. То есть мы рассчитываем, что для следующего поколения радиотелескопов запись будет идти со скоростью 256 гигабит в секунду.

— Сколько примерно нужно времени для экспозиции Стрельца А*, чтобы накопить статистику для более-менее пристойной картинки?

— Тот метод, которым мы пользуемся, называется методом апертурного синтеза и привязан к вращению Земли. Стандартное время наблюдений — примерно пол-оборота Земли. Нам не надо ждать сутки, поскольку данные могут симметризоваться и достаточно половины оборота Земли, чтобы достичь оптимального качества изображения. В случае со Стрельцом А* основная проблема в том, что структура меняется гораздо быстрей, чем стандартные 12–16 часов наблюдения.

— Но я видел в одной из шести статей нечто вроде попыток сделать фильм. У вас же не только апертурный синтез из-за вращения Земли, у вас много станций, работающих одновременно. Казалось бы, вы можете делать гораздо более короткие экспозиции.

— Именно так. Апертурный синтез даже на 20 секундах будет таковым, если у вас есть достаточно измерений, из которых можно попытаться восстановить структуру. Именно этим наша коллаборация занимается сейчас для восстановления динамической эволюции структуры в Стрельце А*. Однако основная трудность здесь в следующем. Пока мы копим наш сигнал, используя вращение Земли, мы, во-первых, уменьшаем тепловой шум — грубо говоря, увеличивается число измерений. Во-вторых, мы как раз заполняем эту самую виртуальную апертуру за счет того, что расположение антенн по отношению к источнику меняется. Оба этих фактора очень важны для успешного восстановления структуры источника. Без них повышается тепловой шум и ухудшается заполнение Фурье-плоскости. Из-за этого мы пропускаем больше информации о структуре источника. Если из-за короткой экспозиции мы упустили какие-то пространственные частоты, то мы упустили и информацию о структурах, которые на них влияют. Качество картинки ухудшается, причем значительно и, с уменьшением времени наблюдений, очень быстро. Переменность у Стрельца А* — от 20 минут до двух часов в зависимости от того, какая это переменность: связанная с вращением или с какими-то вспышечными явлениями. Если мы хотим прокартографировать орбитальное движение, то нам нужно из 12 часов вырезать сегменты по 2–5 минут. Из-за этого реальный шум на карте увеличится более чем на порядок, практически на два порядка. Поэтому такие кадры (snapshots) получаются не настолько качественными, как вся картина. Но с другой стороны, из-за переменности структуры общая картина тоже окажется размытой — это всё равно что пытаться с большой выдержкой сфотографировать колесо, вращающееся с большой скоростью.

— Хорошо, а если бы объект был на порядок или два ярче, хватило бы статистики, чтобы успеть получить картинку в пределах орбитального периода?

— Тепловой шум не так бы мешал, а недостаток структурной чувствительности, дефицит заполнения пространственных частот в Фурье-плоскости, остался бы. От него никуда не денешься. Его можно побить только одним способом — увеличить количество антенн, которые одновременно наблюдают источник. Это задача следующего поколения EHT.

— Вопрос немного в сторону. Сравнение М87 и Стрельца А* — как они соотносятся по наблюдаемой яркости?

— На тех частотах, на которых мы работаем, они примерно одинаковы.

— Интересно: и по угловому размеру почти одинаковы, и по яркости?

— М87 приблизительно в две тысячи раз дальше, в две тысячи раз массивнее и в четыре миллиона раз мощнее Стрельца А*, поэтому и яркость, угловой размер у обоих источников оказываются примерно одинаковыми.

— Теперь по поводу самого изображения объекта. Насколько однозначна его реконструкция с учетом количества станций?

— В случае со Стрельцом это не настолько однозначно и не настолько надежно, как в случае с М87 — как раз из-за очень быстрой переменности структуры. В М87 изменения происходят на масштабах нескольких дней — и там во время одного 12-часового сеанса на Телескопе горизонта событий мы наблюдаем практически застывшую картину источника. В Стрельце из-за быстрой переменности задача на порядок сложнее. Именно поэтому было принято решение сначала обрабатывать и выпускать данные по М87. Сразу было понятно, что получение адекватной картины в Стрельце займет гораздо больше времени.

— В одной из работ по поводу Стрельца А* приведена попытка реконструкции численной симуляции (рис. 1). На симуляции четко получается колечко (фотонная сфера) и спиральные завитки от аккреционного диска — с одной стороны ярче, чем с другой, вроде всё понятно. В результате надо было ожидать, что получится кольцо с более ярким полумесяцем с одной стороны. Ан нет! На реконструкции мы почему-то видим, что полумесяц расползся на два пятна. Почему изображение дробится? Это какие-то характерные артефакты?

Рис. 1. Иллюстрация эффекта быстрой переменности в аккреционном диске вокруг черной дыры в Стрельце А*, в котором минимальный орбитальный период составляет около 20 минут, а типичное время жизни вспышки, порождаемой горячим пятном в диске, оценивается примерно в 2,5 часа. Левая панель показывает мгновенное изображение диска, полученное по результатам численного моделирования. На средней панели показано изображение диска, усредненное за период около 12 часов, соответствующий типической длительности одного сеанса наблюдений на EHT. По результатам численного моделирования были рассчитаны синтетические данные, соответствующие 12-часовому наблюдению EHT переменной структуры в Стрельце А*, и правая панель показывает изображение, восстановленное из этих данных

— Тут две причины. Основная — тот самый дефицит пространственных частот, потому что наша апертура не заполнена целиком и у нас нет полной информации о структуре объекта. Вторая — чисто алгоритмическая. Каждый метод восстановления изображения использует свою оптимизацию, свои факторы и свои параметры, определяющие качество оптимизации. Сейчас в Телескопе горизонта событий используется четыре метода восстановления изображения — у каждого из них есть свои положительные и отрицательные стороны. Одним методом можно добиться лучших результатов для одних структур, другим — для других. Именно поэтому появляются разночтения и разногласия даже в случае восстановления изображений из модельных данных. Картинка, полученная численным моделированием, совершенна в плане разрешения — его можно считать бесконечно высоким, так что в изображении значим каждый пиксель. Мы видим уже не пиксель, а функцию размывания точки, плюс артефакты из-за непромеренных пространственных частот, плюс различные виды ошибок — калибрационные, по фазе, по амплитуде. Их добавляют в синтетические данные, для того чтобы они были как можно более близки к реальным. Все эти ошибки тоже переходят в картинку, и это очень важно иметь в виду именно для Телескопа горизонта событий, поскольку проблемы с калибровкой и ошибками данных растут если не экспоненциально, то более чем линейно с увеличением частоты. И стабильность фазы, и качество амплитудных измерений — всё становится хуже на более высоких частотах. Именно поэтому даже из синтетических данных, полученных на основе численных моделей, могут выходить изображения с такими артефактами.

Рис. 2. Изображение Sgr A*, опубликованное 12 апреля в головной статье3. На нижней панели — усредненные изображения морфологических групп (кластеров), отобранных из множества картинок, полученных в разных предположениях

— Теперь смотрите: вот это конечное парадное изображение (рис.  2), на котором видны три пятна, смущает многих людей и вызывает у них вопрос: казалось бы, три пятна должны быть размазаны. Понятно, что диск может быть несимметричен по яркости просто из-за вращения, точнее из-за доплеровского усиления светимости части диска, которая приближается к нам. Одно пятно было бы понятным. Три пятна приводят народ в изумление. Как вы считаете, это артефакт?

— Скорее всего, это действительно артефакт какого-то рода. Возникает он из-за того, что мы наблюдаем источник 12 часов, он меняется за это время, и эти изменения отражаются на конкретных базах — парах антенн с конкретными положениями. Соответственно, если во время наблюдений произошла вспышка, которая длилась только часть времени наблюдений, то, скорее всего, она отразится на картинке в определенных структурных качествах, и это отражение не обязательно будет размыто по всему позиционному углу, оно может сконцентрироваться в какой-то части картинки. Плюс алгоритмы тоже не абсолютно совершенны — например, все они испытывают затруднения при восстановлении изображения, в котором яркость объекта распределена совершенно равномерно. В самом деле, один из самых худших вариантов для восстановления изображения — это равномерно освещенный диск. Эту равномерность освещения не может идеально воспроизвести практически ни один алгоритм. Они все превращают равномерный диск в более-менее волнистую структуру. Так что эти три пятна — отражение каких-то физических процессов, которые происходят на коротких масштабах времени. Мы их должны усреднять, поскольку наблюдали 12 часов. В результате при реконструкции изображения из этих усредненных данных каждый алгоритм, минимизируя разность между моделью и измерениями, пытается создать структуры, которые помогают сделать приближение лучше. Помогают ли они нам лучше понять что-то про такой быстропеременный источник — это еще большой вопрос.

— А если добавить антенн, эти проблемы исчезнут?

— Скорее всего, да — в определенный момент. С участием в наблюдениях большего количества антенн заполнение плоскости (u, v), которую мы называем плоскостью пространственных частот, станет гораздо лучше, и будет легче устранять артефакты, возникающие из-за переменной структуры.

— Спасибо, это очень важно сообщить людям. Теперь давайте подытожим то, что понято наверняка. Кольцо — это стопроцентный факт?

Рис. 3. Распределения отношения сигнала к шуму (верхняя панель) и амплитуды (нижняя панель), измеренные EHT в Стрельце А*. Распределения показаны в зависимости от расстояния (baseline) между различными парами антенн. Единица расстояния, Gλ, соответствует 109 длин наблюдения, λ. Измеренные значения амплитуд приближаются к нулю на расстояниях около 2,3 Gλ и 6,2 Gλ, что является характерной особенностью интерферометрического сигнала от кольцеобразной структуры

— Кольцо, я бы сказал, — действительно стопроцентный факт. Из тех данных, которые представлены в статьях о Стрельце, очень сложно было бы получить изображения, в которых не было бы кольцеобразной структуры. Интересный момент здесь заключается вот в чем. Когда мы наблюдаем что-то на интерферометре, нам особенно важны те места в плоскости пространственных частот, где измеренная амплитуда уходит в ноль. Во многих других инструментах такие измерения можно просто выбрасывать, поскольку они не дают дополнительной информации. А с точки зрения интерферометрии это одни из важнейших мест, которые надо аккуратнейшим образом промерить и обязательно учитывать эти измерения при обработке данных. Если вы вспомните иллюстрации, которые приведены в статьях, на нескольких из них показано распределение амплитуды в зависимости от расстояния между антеннами (рис. 3). И оно падает к нулю, потом возвращается назад, потом снова падает и снова возвращается. Измерения с малыми амплитудами формально практически не имеют значимого сигнала, но если мы выбросим все эти измерения, то исчезнет чувствительность к кольцеобразной структуре. И тогда алгоритмам восстановления изображений было бы проще промоделировать оставшиеся данные какой-либо другой структурой. И вот как раз именно наличие этих аккуратно промеренных «нулей» в распределении амплитуды и позволяет нам быть уверенными в реальности кольцеобразной структуры и в Стрельце, и в М87.

— В одной из работ приводятся разные варианты наклона плоскости аккреционного диска к лучу зрения. И делается вывод, что мы видим диск скорее плашмя, чем с ребра. Как это выяснили? По идее, если бы мы видели его с ребра, то мы бы всё равно видели фотонную сферу как кольцо, а сам аккреционный диск — в виде дуг сверху и снизу из-за линзирования. Плюс перемычка посередине — как на картинке из фильма «Интерстеллар» (рис. 4). Является ли утверждение, что мы видим диск плашмя, следствием того, что мы не видим перемычки посередине? Или это какой-то другой эффект?

Рис. 4. Численное моделирование в двух вариантах: диск плашмя (слева) и диск с ребра (справа). Слабая перемычка на правом рисунке — прямое изображение части диска перед черной дырой. Полудуги сверху и снизу — линзированные изображения задней части аккреционного диска. Левый вариант согласуется с наблюдениями, правый — нет

— Выводы о наклоне диска и о наклоне оси вращения черной дыры сделаны на основании сравнения наблюдений с результатами численного моделирования различных типов аккреционных дисков, расположенных под разными углами к лучу зрения (рис.  5). Это уже приближение второго рода — здесь мы берем численные модели, у которых есть свои неопределенности, и сравниваем их не с данными, а с восстановленным изображением. И пытаемся из этого сравнения найти оптимальные варианты. Если посмотреть на результаты, приведенные в пятой из статей о Стрельце, то там есть картинка, где зеленым цветом обозначены наиболее благоприятные углы наклона диска. Вкрапления зеленых сегментов есть не только в области малых углов наклона, но и в других местах. Это означает, что полученные результаты можно интерпретировать скорее как указание на возможность, а не как достоверное утверждение, что аккреционный диск лежит плашмя и что ось вращения черной дыры отклонена от луча зрения не более чем на 50 градусов. У меня такое ощущение, что всё здесь может еще и поменяться с точки зрения чистой интерпретации, потому что модели и изображения могут быть улучшены. Но с точки зрения физики такой экстремальный угол наклона черной дыры ничем не запрещается. С точки зрения динамики и эволюции Галактики это возможно. Неожиданно, но возможно.

Рис. 5. Оценка оптимальных параметров ориентации и вращения черной дыры и аккреционного диска в Стрельце А*, сделанная путем сравнения измерений EHT и результатов численного моделирования, проведенного для различных типов аккреционных дисков (стандартный диск, SANE, и магнитно-зафиксированный диск, MAD), различных углов наклона оси вращения (i) по отношению к лучу зрения и различных значений углового момента черной дыры (a*), где отрицательные значения а* означают, что черная дыра и аккреционный диск вращаются в противоположные стороны. Различными цветами обозначены области параметров, в которых численные модели не проходят по всем критериям сравнения (красный цвет), частично (желтый) или полностью (зеленый) удовлетворяют этим критериям

— То есть это не стопроцентный результат, но лишь некоторое указание — пока к этому можно так относиться?

— С точки зрения интерпретации полученных данных у нас две самых важных задачи. Первая — определить, как согласуется то, что мы видим, с предсказаниями общей теории относительности и с другими измерениями массы черной дыры. И вторая — сделать то, что можем только мы: попробовать нащупать ориентацию диска и восстановить какие-то его другие параметры. Но это действительно сложно и не так однозначно.

— Но зато это интересно. Там же в динамике звезд в центре тоже какой-то диск просматривается — Андрей Белобородов обнаружил. Есть даже рассуждения, что это бывший аккреционный диск «разбился» на эти звезды.

— Вполне возможно. Другое дело, что диск, который мог разбиться на эти звезды в результате звездообразования, гораздо больше по размеру, чем тот диск, что мы изучаем.

— Конечно больше, но ориентация их плоскостей может быть коррелирована.

— Здесь, мне кажется, сложно сделать какое-либо категорическое утверждение. Вся эта наука по-своему очень интересна, и там очень много зависит от того, что происходит с Галактикой и в Галактике на космологических временах. Потому что каждое слияние галактик кардинально может изменить картину в центре. И если в результате такого слияния угловой момент вещества другой галактики, которая сливается с нашей, превышает угловой момент вращения черной дыры, то ось вращения последней может измениться.

— А масса черной дыры оценивается исключительно по размеру обнаруженного кольца?

— Да. Есть фактор — насколько это кольцо должно быть больше горизонта событий. Это число вытекает из фундаментальных уравнений общей теории относительности, из гравитационного линзирования.

— Зависит ли этот размер от вращения черной дыры?

— Да, конечно. В этой зависимости проявляются тонкие эффекты. В частности, форма может зависеть от параметра вращения. Форма фотонного кольца может отличаться от идеального круга — есть мечта измерить это отличие. И еще — измерить внутреннюю структуру самого кольца, состоящую из множественных сверхтонких колец с экспоненциально убывающей яркостью. Но это уже совсем далекие мечты. Для этого нужны интерферометры с базами в десятки раз превышающими размер Земли.

— И какой же параметр вращения получается? Понятно, что точно определить его трудно, но пусть хотя бы приблизительно. Чисто шварцшильдовская (не вращающаяся) запрещена, как понимаю. То есть требуется вращение.

— Да, параметр вращения больше 0,5 от предельного. Те же самые диаграммы (рис. 5), что определяют наклон диска, указывают на это.

— На этих диаграммах есть отрицательные значения параметра вращения, которые запрещены. Это вращение в противоположную сторону от вращения диска?

— Да, когда дыра вращается в противоположную сторону.

— То есть противоположное вращение искорежило бы диск?

— Это определенно повлияло бы на самые внутренние части диска. Когда вещество начинает выпадать на черную дыру, оно обязательно начнет «чувствовать» вращение черной дыры. Насколько я знаю, во всех моделях, которые применялись к объяснению феноменов в окрестности черных дыр, пока нигде (или почти нигде) не получалось варианта с ретроградным вращением.

— Но это и физически понятно — такое тяжело устроить.

— Можно, конечно, на короткое время — если на дыру свалилось какое-то газовое облако с большим угловым моментом, противоположным по знаку угловому моменту самой дыры. Какое-то время аккреционный диск, образованный этим веществом, будет существовать, но потом система релаксирует, и вращение диска согласуется с вращением черной дыры.

— А по массе всё соответствует тому, что получено из измерения траекторий звезд?

— Да, все оценки массы хорошо согласуются друг с другом.

— А точность хуже? Или значения того же порядка?

— Нет-нет, там разница не порядок — проценты.

— То есть точность сравнимая?

— Да, точность сравнимая, всё совершенно замечательно совпадает с результатами предшествующих измерений массы.

— Теперь про перспективы. Когда можно ждать новых существенно улучшенных данных с новыми антеннами? Какой масштаб времени? Это годы или десятилетия?

— Существенных улучшений — наверное, все-таки нескоро. В следующих наблюдениях EHT качество данных было лучше, чем в 2017 году, но не сильно. Реальные улучшения будут, когда удастся добавить примерно столько же станций. Сейчас восемь, если будет 16–20, тогда мы сможем получать гораздо более надежные изображения. Если же мы хотим заниматься еще более фундаментальными задачами, то тут стоящие перед нами цели можно сформулировать достаточно просто. Динамический диапазон полученных изображений М87 и Стрельца где-то около 50:1. Этого достаточно, чтобы оценивать массы и параметры вращения этих черных дыр. Но для того чтобы заниматься более фундаментальной наукой, говорить что-то о форме фотонного кольца или точно утверждать, что в центре именно горизонт событий, а не какая-то экзотическая сущность, — для решения таких задач надо увеличивать динамический диапазон как минимум до двух-трех тысяч. Это очень серьезная работа. К этой цели пытаются подойти с разных сторон: путем увеличения полосы записи, улучшения калибровки данных, улучшения фазовой стабильности данных. На масштабе десятка лет всё это должно произойти, и динамический диапазон изображений должен существенно улучшиться. Пусть не до двух тысяч, но в десять раз — точно.

— Какие сейчас главные станции? Есть ALMA — наверное, самая-самая главная, потому что это большой массив телескопов. А какие следующие по важности?

— ALMA действительно совершила революционный переворот в качестве данных EHT. Только после того как ALMA стала участвовать в проекте, стало возможным надежно восстанавливать изображения. До того можно было лишь делать модельные предположения о том, что в М87 и в Стрельце мы действительно наблюдаем кольцеобразную структуру. После первой публикации об М87 было проведено аналитическое моделирование предыдущих наблюдений этого объекта, сделанных на EHT без участия ALMA, и был сделан вывод о том, что и эти данные указывают на наличие кольцеобразной структуры. Но выходить только с такими результатами и утверждать, что такая структура обнаружена, было бы чересчур самонадеянно. Именно поэтому мы и ждали того момента, когда ALMA присоединится к наблюдениям. Участие ALMA действительно добавило очень много, и я могу сказать, что именно. Когда мы анализировали данные предшествующего периода, то оказывалось, что на большинстве баз EHT фазовый шум был равен 103 градусам. Это как раз теоретическое значение для чистого шума, без сигнала. То есть в фазах, измеренных на этих базах, вообще не было полезной информации, вся информация содержалась только в амплитудах. А этого мало — фаза в интерферометрии наиболее важна. А на базах с участием ALMA этот шум упал сразу до 30 градусов, и это позволило перейти от аналитического моделирования данных к полноценному восстановлению изображений.

После ALMA следующие по значению для EHT телескопы — пожалуй, телескопы Pico Veleta в Испании и LMT в Мексике, хотя у последнего есть свои проблемы, поскольку он еще не до конца «вработан» в структуру EHT. В последних наблюдательных сессиях EHT начал принимать участие еще и французский интерферометр NOEMA неподалеку от Гренобля. В настоящее время NOEMA и Pico Veleta являются вторым и третьим по чувствительности элементами EHT.

— Мы близимся к завершению. Андрей, давайте теперь без моих вопросов — вам хочется еще что-то добавить к сказанному?

— Для меня самого это очень интересная работа, наверное, по одной особой причине. Представления о черных дырах эволюционировали. Идея о том, что могут существовать такие тяжелые и компактные объекты, что даже свет не может их покинуть, появилась более двухсот лет назад, в 1783 году. Английский физик и натурфилософ Джон Мичелл, опираясь на закон всемирного тяготения и конечность скорости света, сделал вывод, что если звезда будет иметь такую же плотность, как и Солнце, а размер в 500 раз больше солнечного, то для такой звезды скорость убегания должна превысить скорость света — значит, она станет невидимой для нас. Это было просто метафизическое рассуждение, но можно только поразиться, насколько человек опередил свое время.

— И главное, угадал с размером!

— Да, угадал с размером! Потом к этой идее возвращались — сначала на таком же метафизическом уровне, позже — на математическом уровне, когда появились уравнения Эйнштейна. А сейчас у нас наконец-то появилась возможность изучать черные дыры с помощью физических экспериментов.

И еще для меня интересно, что сама идея горизонта и разделенности пространства на две части, над и под горизонтом, а также сама идея сингулярности — они, если можно так выразиться, не очень красивые и с точки зрения физики скорее порождают проблемы, чем помогают их решить. По идее должна быть какая-то физика, которая устраняет эту некрасивость. А вот найти эту физику можно, только сделав измерения, которые не будут согласовываться с теоретическими предсказаниями. И это для меня наиболее интересно. У нас есть указания на то, что могут быть экзотические условия, весьма отличные от теоретических моделей с каноническими черными дырами. И для того чтобы эти указания (как и вышеупомянутые указания на наклон диска в Стрельце) стали результатами, нам нужно и дальше работать над улучшением наших инструментов и измерений.

Иллюстрации из статьи [2]

1. trv-science.ru/2022/05/zagadochnye-pyatna-na-kolce-vokrug-chernoj-dyry/

2. iopscience.iop.org/journal/2041-8205/page/Focus_on_First_Sgr_A_Results

См. также:

учёные «сфотографировали» главную чёрную дыру Млечного Пути // Смотрим

• Профиль

Обнаружение и изучение чёрных дыр Вселенной

12 мая 2022, 16:11

• Юлия Рудый

• Этот компактный объект в центре нашей галактики массивнее нашего Солнца в миллионы раз.

  Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

• Различие в размерах и массах определяется эволюцией галактик, хозяйками которых являются эти две чёрные дыры.

  Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

• Этот компактный объект в центре нашей галактики массивнее нашего Солнца в миллионы раз.

  Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

• Различие в размерах и массах определяется эволюцией галактик, хозяйками которых являются эти две чёрные дыры.

  Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Исследователи сегодня отчитались о сверхвыдающемся событии в науке: они построили «изображение» чёрной дыры, сидящей в центре нашей галактики Млечный Путь. Тем самым они фактически окончательно подтвердили, что это именно чёрная дыра.

Исследователи сегодня отчитались о сверхвыдающемся событии в науке: они построили «изображение» чёрной дыры, сидящей в центре нашей галактики Млечный Путь и фактически являющейся его хозяйкой. Этот монстр дирижирует всеми процессами в Млечном Пути. Удивительно, но только теперь, имея на руках «фотографию» этого объекта, учёные окончательно подтвердили, что это именно чёрная дыра.

Об этом в ходе пресс-конференции объявили участники «Телескопа горизонта событий» (Event Horizon Telescope, или EHT). Данное достижение среди прочего означает, что в будущем астрономы смогут обнаружить и так называемые «кротовые норы» (в том числе в Млечном Пути).

Напомним, что чёрные дыры могут иметь разные массы. Но ближайшая к Земле известная сверхмассивная чёрная дыра расположена в центре Галактики. Учёные называют её Стрелец A* и обозначают Sgr A*. Она скрыта от прямого наблюдения облаками газа и пыли, плотной межзвёздной средой. Однако её пронзает рентгеновское излучение, радиоизлучение и инфракрасное излучение.

Задача учёных: собрать достигающее Земли излучение, чтобы построить с его помощью представление о том, что происходит в окрестностях чёрных дыр Вселенной и чёрных дыр Млечного Пути, в частности. Ранее мы во всех подробностях рассказывали о том, как та же гигантская коллаборация, объединившая специалистов, работающих в обсерваториях по всему миру, объявила о первой «фотографии» чёрной дыры, хозяйничающей в галактике М87 (Messier 87), расположенной в 54 миллионах световых лет от Земли в созвездии Девы. Позднее мы сообщали о том, что «улыбка» чёрной дыры меняется.

Стрелец А* значительно меньше чёрной дыры галактики M87. Если пончик в руках исследовательницы, представившей открытие, сопоставить по размеру с нашей чёрной дырой, то чёрная дыра галактики M87 будут размером со спортивный стадион.

Кроме того, наша чёрная дыра заслонена от нас значительно большим количеством пыли и газа (хотя находится она ближе – в 27 тысячах световых лет от Земли). Именно поэтому первоначально выбор учёных пал на «хозяйку» галактики M87. Теперь же исследователи собрали изображение чёрной дыры Млечного Пути и показали, не без помощи моделирования, что она вращается.

Для получения достаточно качественных «снимков» (хотя с точки зрения обывателя изображения всё равно выглядят весьма размытыми), 300 учёным пришлось объединить в единую сеть восемь радиотелескопов, расположенных по всему земному шару. Только в этом случае исследователи получают возможность «разглядеть» с Земли достаточное количество деталей.

Добавим, что первоначальная подготовка и оптимизация системы заняли 25 лет работы!

И вот перед нами горизонт событий центральной чёрной дыры нашей галактики! Любуемся.

Этот компактный объект в центре нашей галактики массивнее нашего Солнца в миллионы раз.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Горизонтом событий этот «край» чёрной дыры называется, потому что, согласно официальному определению, события, происходящие за ним никак не могут повлиять на наблюдателя. Фактически же эта та грань, из-за которой ничего уже не может вырваться из «лап» чёрной дыры, за счёт своей мощнейшей гравитации стягивающей на себя всё окружающее вещество.

Оттуда не может вырваться даже свет, поэтому сама чёрная дыра выглядит тёмным пятном на небе и её крайне сложно обнаружить. Её обычно выдаёт гравитационное воздействие на окружающие объекты.

Так на фоне яркого излучающего вещества образуется так называемая «тень» чёрной дыры, которая для наблюдателя извне выглядела бы как тёмное пятно (если бы он мог видеть в радиодиапазоне).

На изображении ниже две «фотографии» чёрных дыр показаны рядом.

Различие в размерах и массах определяется эволюцией галактик, хозяйками которых являются эти две чёрные дыры.

Кадр из видео ESO/Event Horizon Telescope Collaboration.

Результаты нынешнего исследования чёрной дыры Млечного Пути опубликованы в виде серии статей в журнале The Astrophysical Journal Letters. Все статьи открыты для полноценного изучения.

Теперь перед учёными стоят новые интересные задачи:им нужно будет сравнить наблюдения за Стрельцом A* с существующими моделями, изучить движение чёрной дыры. Наши представления о чёрных дырах, о том, что происходит с материей вблизи горизонта событий, вполне могут измениться в будущем под влиянием достижений коллаборации EHT.

Добавим также, что сеть EHT уже расширена до 11 радиотелескопов. Наблюдения продолжаются. В дальнейшем в сеть вполне могут быть добавлены космические телескопы, такие, как обсерватория «Миллиметрон», которая может расположиться в точке Лагранжа L2 и запланирована к запуску в начале 2030 годов. От них земная атмосфера не скрывает рентгеновские и ИК-лучи. Это означает, что мы, вслед за учёными, узнаем много новых интересных подробностей о жизни чёрных дыр, о том, что происходит в условиях невероятной гравитации.

Присоединиться к коллаборации смогут учёные и из России. Сейчас ведётся подбор существующих радиотелескопов, а также вводятся в строй новые обсерватории. Кроме того, учёные исследуют возможности создания новых радиотелескопов и подбирают для их размещения подходящие места.

Так, исследователи Астрокосмического центра ФИАН рассматривают возможность возведения обсерватории, которая будет «видеть» на нужных длинах волн, на плато Суффа в Узбекистане. С 2018 года проект получил поддержку правительств РФ и Узбекистана.

Также, по инициативе Астрокосмического центра ведётся поиск, подходящих с точки зрения астроклимата, мест на территории России для размещения антенн миллиметрового диапазона. Поясним, что именно в миллиметровом диапазоне длин волн получается создать изображения чёрных дыр высокого разрешения.

Ранее мы писали о том, что другие вселенные могут казаться нам чёрными дырами, а ещё мы рассказывали об обнаружении чёрных дыр из прошлой вселенной.

Больше важных и интересных новостей из мира науки вы найдёте в разделе «Наука» на медиаплатформе «Смотрим».

Подписывайтесь на наши страницы в соцсетях. «Смотрим» – Telegram и Яндекс.Дзен, Вести.Ru – Одноклассники, ВКонтакте, Яндекс.Дзен и Telegram.

• общество

• наука

• новости

• астрономия

• будущее

• черные дыры

Весь эфир

Поздоровайтесь со Стрельцом А*, черной дырой в центре галактики Млечный Путь

Космос поддерживается своей аудиторией. Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот почему вы можете доверять нам.

Коллаж показывает первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути в ее местоположении на небе.
(Изображение предоставлено: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration)

Эта статья была первоначально опубликована в Разговор. (открывается в новой вкладке)  Публикация предоставила статью для Space.com  Expert Voices: Op-Ed & Insights .

Крис Импи (открывается в новой вкладке) , заслуженный профессор астрономии Аризонского университета

называется Стрелец A* (откроется в новой вкладке)  , который находится в центре галактики Млечный Путь. Крис Импи, астроном из Аризонского университета, объясняет, как команда получила это изображение и почему оно так важно.

1. Что такое Стрелец А*?

Стрелец A* находится в центре нашей галактики Млечный Путь, в направлении созвездия Стрельца. На протяжении десятилетий астрономы измеряли выбросы радиоволн  от чрезвычайно компактного источника.

В 19В 80-х годах две группы астрономов начали отслеживать движение звезд вблизи этого загадочного источника радиоволн. Они видели звезды, вращающиеся вокруг темного объекта со скоростью до трети скорости света. По их движениям можно предположить, что в центре Млечного Пути находится черная дыра, в 4 миллиона раз превышающая массу Солнца . Рейнхард Генцель и Андреа Гез позже разделили Нобелевскую премию по физике  за это открытие.

Размер черной дыры определяется ее горизонтом событий — расстоянием от центра черной дыры, в пределах которого ничто не может ускользнуть. Ученые ранее смогли подсчитать, что Стрелец A * имеет диаметр 16 миллионов миль (26 миллионов километров).

Черная дыра Млечного Пути огромна по сравнению с черными дырами, которые остаются после гибели массивных звезд (открывается в новой вкладке). Но астрономы считают, что в центре почти всех галактик есть сверхмассивные черные дыры. По сравнению с большинством из них Стрелец А* скуден и ничем не примечателен.

2. Что показывает новое изображение?

Невозможно получить прямое изображение черной дыры, потому что ни один свет не может вырваться из-под ее гравитации. Но можно измерить радиоволны, излучаемые газом, окружающим черную дыру. (Изображение предоставлено коллаборацией EHT, CC BY-SA)

Сами по себе черные дыры абсолютно темные, поскольку ничто, даже свет, не может избежать их гравитации. Но черные дыры окружены облаками газа, и астрономы могут измерить этот газ, чтобы вывести изображения черных дыр внутри. Центральная темная область на изображении — это тень, отбрасываемая черной дырой на газ. Яркое кольцо — это сам светящийся газ. Яркие пятна на кольце показывают области более горячего газа, который однажды может упасть в черную дыру.

Часть газа, видимого на изображении, на самом деле находится позади Стрельца A*. Свет от этого газа отклоняется мощной гравитацией черной дыры к Земле. Этот эффект, называемый гравитационным линзированием (открывается в новой вкладке), является основным предсказанием общей теории относительности (открывается в новой вкладке).

Галактические ядра, как и центр Млечного Пути на этой фотографии, полны газа и обломков, поэтому очень трудно получить прямые изображения звезд или черных дыр. (Изображение предоставлено NASA/JPL-Caltech, CC BY-NC)

3. Что пошло на создание этого изображения?

Сверхмассивные черные дыры чрезвычайно трудно измерить. Они находятся далеко и окутаны газом и пылью, забивающей центр галактик. Они также относительно малы по сравнению с необъятностью космоса. От того места, где находится Стрелец А*, на расстоянии 26 000 световых лет от центра Млечного Пути, только 1 из 10 миллиардов фотонов видимого света может достичь Земли — большая часть поглощается газом на пути. Радиоволны проходят через газ гораздо легче, чем видимый свет, поэтому астрономы измерили радиоизлучение газа, окружающего черную дыру. Оранжевые цвета на изображении представляют эти радиоволны.

Исследователи использовали восемь телескопов со всего мира, расположенных в точках пересечения белых линий, чтобы они действовали как единый массивный телескоп. (Изображение предоставлено ESO/L. Calçada, CC BY-ND)

Команда использовала восемь радиотелескопов, разбросанных по всему миру (открывается в новой вкладке), для сбора данных о черной дыре в течение пяти ночей 2017 года. Каждую ночь генерировали так много данных, что команда не могла отправить их через Интернет — им приходилось доставлять физические жесткие диски туда, где они обрабатывали данные.

Поскольку черные дыры так трудно увидеть, в данных, которые собирают телескопы, существует много неточностей. Чтобы превратить все это в точное изображение, команда использовала суперкомпьютеры для создания миллионов различных изображений (открывается в новой вкладке), каждое из которых представляет собой математически жизнеспособную версию черной дыры, основанную на собранных данных и законах физики. Затем они смешали все эти изображения вместе, чтобы получить финальное красивое и точное изображение. Время обработки было эквивалентно работе 2000 ноутбуков на полной скорости в течение года.

4. Почему новое изображение так важно?

В 2019 году команда Event Horizon Telescope опубликовала первое изображение черной дыры — на этот раз в центре галактики M87. Черная дыра в центре этой галактики, названная M87*, представляет собой чудовище, в 2000 раз больше, чем Стрелец A*, и в 7 миллиардов раз больше массы Солнца. Но поскольку Стрелец A* находится в 2000 раз ближе к Земле, чем M87*, телескоп Event Horizon смог наблюдать обе черные дыры с одинаковым разрешением, что дало астрономам возможность узнать о Вселенной, сравнив их.

M87* слева в 2000 раз больше, чем Стрелец A* справа. Тонкие белые кружки обозначают размеры орбит планет Солнечной системы. (Изображение предоставлено коллаборацией EHT (благодарность: Lia Medeiros, xkcd), CC BY-ND)

Сходство двух изображений поразительно, потому что маленькие звезды и маленькие галактики выглядят и ведут себя совершенно иначе, чем большие звезды или галактики. Черные дыры — единственные существующие объекты, подчиняющиеся только одному закону природы — гравитации. А гравитации наплевать на масштаб (откроется в новой вкладке).

Последние несколько десятилетий астрономы считали, что в центре почти каждой галактики есть массивные черные дыры . В то время как M87* — необычно огромная черная дыра, Стрелец A*, вероятно, очень похож на многие из сотен миллиардов черных дыр в центрах других галактик во Вселенной.

5. На какие научные вопросы это может ответить?

На основе данных, собранных командой, предстоит еще много научных исследований.

Одним из интересных направлений исследования является тот факт, что газ, окружающий Стрелец A*, движется со скоростью, близкой к скорости света. Стрелец A* относительно мал, и материя просачивается в него очень медленно  — если бы он был размером с человека, он потреблял бы массу одного рисового зерна каждый миллион лет. Но сделав множество снимков, можно было бы наблюдать за потоком материи вокруг черной дыры и внутрь нее в режиме реального времени. Это позволило бы астрофизикам изучить, как черные дыры потребляют материю и растут.

Картинка стоит тысячи слов, а по этому новому изображению уже опубликовано 10 научных статей (откроется в новой вкладке). Я ожидаю, что их будет еще много.

Эта статья переиздана с The Conversation (открывается в новой вкладке)  под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинальную статью (откроется в новой вкладке) .

Следите за всеми вопросами и дебатами Expert Voices и участвуйте в обсуждениях на Facebook и Twitter. Выраженные взгляды принадлежат автору и не обязательно отражают точку зрения издателя.

Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].

Хаббл определил массу изолированной черной дыры, блуждающей по нашей галактике Млечный Путь

По оценкам астрономов, среди звезд нашей галактики Млечный Путь бродит 100 миллионов черных дыр, но им так и не удалось окончательно идентифицировать изолированную черную дыру. После шести лет тщательных наблюдений космический телескоп НАСА «Хаббл» впервые предоставил прямые доказательства существования одинокой черной дыры, дрейфующей в межзвездном пространстве, путем точного измерения массы фантомного объекта. До сих пор все массы черных дыр определялись статистически или посредством взаимодействий в двойных системах или в ядрах галактик. Черные дыры звездной массы обычно встречаются со звездами-компаньонами, что делает этот случай необычным.

Недавно обнаруженная блуждающая черная дыра находится примерно в 5000 световых лет от нас, в спиральном рукаве Киля-Стрельца нашей галактики. Однако ее открытие позволяет астрономам оценить, что ближайшая к Земле изолированная черная дыра звездной массы может находиться на расстоянии 80 световых лет от нас. Ближайшая к нашей Солнечной системе звезда, Проксима Центавра, находится на расстоянии чуть более 4 световых лет.

Черные дыры, блуждающие по нашей галактике, рождаются из редких чудовищных звезд (менее одной тысячной звездного населения галактики), которые по меньшей мере в 20 раз массивнее нашего Солнца. Эти звезды взрываются как сверхновые, а остатки ядра под действием гравитации сдавливаются в черную дыру. Поскольку самодетонация не является идеально симметричной, черная дыра может получить толчок и полететь через нашу галактику, как взорвавшееся пушечное ядро.

Телескопы не могут сфотографировать своенравную черную дыру, потому что она не излучает никакого света. Однако черная дыра искажает пространство, которое затем отклоняет и усиливает звездный свет от всего, что на мгновение выстраивается точно позади нее.

Наземные телескопы, которые следят за яркостью миллионов звезд в богатых звездных полях в направлении центральной выпуклости нашего Млечного Пути, ищут предательское внезапное увеличение яркости одной из них, когда массивный объект проходит между нами и звезда. Затем Хаббл следит за наиболее интересными такими событиями.

Две команды использовали данные Хаббла в своих исследованиях — одна под руководством Кайлаша Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд; а другой — Кейси Лэм из Калифорнийского университета в Беркли. Результаты команд немного различаются, но обе предполагают наличие компактного объекта.

Деформация пространства из-за гравитации объекта переднего плана, проходящего перед звездой, находящейся далеко позади него, на мгновение искривляет и усиливает свет фоновой звезды, когда она проходит перед ней. Астрономы используют явление, называемое гравитационным микролинзированием, для изучения звезд и экзопланет в примерно 30 000 событий, наблюдаемых до сих пор внутри нашей галактики.

Сигнатура черной дыры на переднем плане выделяется как уникальная среди других явлений микролинзирования. Очень сильная гравитация черной дыры растянет продолжительность события линзирования более чем на 200 дней. Кроме того, если бы промежуточный объект был звездой на переднем плане, это вызвало бы временное изменение цвета звездного света, измеренное, потому что свет от звезд переднего и заднего плана на мгновение смешался бы вместе. Но в случае с черной дырой не было замечено никакого изменения цвета.

Затем с помощью Хаббла была измерена степень отклонения изображения фоновой звезды черной дырой. Хаббл способен на исключительную точность, необходимую для таких измерений. Изображение звезды было смещено от обычного положения примерно на миллисекунду дуги. Это эквивалентно измерению диаметра 25-центовой монеты в Лос-Анджелесе, если смотреть из Нью-Йорка.

Этот метод астрометрического микролинзирования предоставил информацию о массе, расстоянии и скорости черной дыры. Величина отклонения из-за интенсивного искривления пространства черной дырой позволила команде Саху оценить, что она весит семь солнечных масс.

Команда Лама сообщает о несколько более низком диапазоне масс, что означает, что объект может быть либо нейтронной звездой, либо черной дырой. По их оценкам, масса невидимого компактного объекта в 1,6–4,4 раза больше массы Солнца. В верхней части этого диапазона объект будет черной дырой; в нижней части это будет нейтронная звезда.

«Как бы мы ни хотели сказать, что это определенно черная дыра, мы должны сообщать обо всех возможных решениях. Сюда входят как черные дыры с меньшей массой, так и, возможно, даже нейтронная звезда», — сказала Джессика Лу из команды Беркли.

«Что бы это ни было, этот объект — первый обнаруженный остаток темной звезды, блуждающий по галактике без сопровождения другой звезды», — добавил Лам.

Это было особенно сложное измерение, потому что есть яркая, не связанная звезда, которая находится очень близко по угловому удалению от звезды-источника. «Это все равно, что пытаться измерить крошечное движение светлячка рядом с яркой лампочкой», — сказал Саху. «Нам пришлось тщательно вычесть свет от ближайшей яркой звезды, чтобы точно измерить отклонение слабого источника».

По оценкам команды Саху, изолированная черная дыра движется по галактике со скоростью 100 000 миль в час или 160 000 километров (достаточно быстро, чтобы добраться от Земли до Луны менее чем за три часа). Это быстрее, чем у большинства других соседних звезд в этой области нашей галактики.

«Астрометрическое микролинзирование концептуально просто, но с точки зрения наблюдений очень сложно», — сказал Саху. «Микролинзирование — единственный метод, доступный для идентификации изолированных черных дыр». Когда черная дыра прошла перед фоновой звездой, расположенной 19На расстоянии 000 000 световых лет в галактической выпуклости свет звезд, идущий к Земле, усиливался в течение 270 дней, пока черная дыра проходила мимо. Однако потребовалось несколько лет наблюдений Хаббла, чтобы проследить, как положение звезды на заднем плане отклонялось из-за отклонения света черной дырой на переднем плане.

О существовании черных дыр звездной массы известно с начала 1970-х годов, но все измерения их массы — до сих пор — проводились в двойных звездных системах. Газ от звезды-компаньона попадает в черную дыру и нагревается до таких высоких температур, что испускает рентгеновское излучение. Массы около двух десятков черных дыр были измерены в рентгеновских двойных системах благодаря их гравитационному воздействию на своих компаньонов. Оценки массы колеблются от 5 до 20 солнечных масс. Черные дыры, обнаруженные в других галактиках гравитационными волнами от слияний черных дыр и объектов-компаньонов, достигают 90 солнечных масс.

«Обнаружение изолированных черных дыр даст новое представление о популяции этих объектов в нашем Млечном Пути», — сказал Саху. Но это поиск по иголке в стоге сена. Прогноз состоит в том, что только одно из нескольких сотен событий микролинзирования вызвано изолированными черными дырами.

Будущий космический телескоп NASA Nancy Grace Roman обнаружит несколько тысяч событий микролинзирования, многие из которых, как ожидается, будут черными дырами, а отклонения будут измерены с очень высокой точностью.

В статье 1916 года по общей теории относительности Альберт Эйнштейн предсказал, что его теорию можно проверить, наблюдая, как гравитация Солнца смещает видимое положение звезды на заднем плане. Это было проверено совместными усилиями астрономов Артура Эддингтона и Фрэнка Дайсона во время солнечного затмения 29 мая 1919 года. Эддингтон и его коллеги измерили смещение звезды на заднем плане на 2 угловых секунды, подтвердив теорию Эйнштейна. Эти ученые вряд ли могли себе представить, что более века спустя тот же самый метод будет использоваться — с невообразимой точностью в тысячу раз лучше — для поиска черных дыр по всей галактике.

Космический телескоп Хаббл — проект международного сотрудничества между НАСА и ЕКА (Европейское космическое агентство). Центр космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, управляет телескопом. Научный институт космического телескопа (STScI) в Балтиморе, штат Мэриленд, проводит научные операции Хаббла. STScI управляется для НАСА Ассоциацией университетов по исследованию астрономии в Вашингтоне, округ Колумбия.

Это первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути: NPR

Это первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути «Наконец-то мы впервые взглянули на нашу черную дыру в Млечном Пути, Стрелец A*», — международная группа астрофизиков и исследователей из Event Об этом сообщила команда Horizon Telescope.

Пространство

Обновлено 12 мая 2020 г.: 11:23 по восточноевропейскому времени.

Первоначально опубликовано 12 мая 2020 г.: 29:22 по восточноевропейскому времени.

«Это рассвет новой эры физики черных дыр», — заявила команда Event Horizon Telescope, опубликовав первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

Сотрудничество с ЭХТ

скрыть заголовок

переключить заголовок

Сотрудничество с ЭХТ

«Это рассвет новой эры в физике черных дыр», — заявила команда телескопа Event Horizon, опубликовав первое в истории изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути.

Сотрудничество с ЭХТ

В течение многих лет сверхмассивная черная дыра в темном центре галактики Млечный Путь обсуждалась и изучалась — и, наконец, она была запечатлена на изображении.

«Наконец-то мы впервые взглянули на нашу черную дыру Млечного Пути, Стрелец A*», — объявила в четверг международная группа астрофизиков и исследователей из команды Event Horizon Telescope.

«Это рассвет новой эры в физике черных дыр», — добавил он.

Черную дыру часто называют Sgr A*, произносится как sadge ay star . По данным Массачусетского технологического института, его масса примерно в 4 миллиона раз превышает массу Солнца, а расстояние до Земли составляет около 27 000 световых лет.

Черные дыры долгое время вызывали всеобщее восхищение, но они также представляют собой печально известные проблемы для исследователей, главным образом потому, что их гравитационные поля настолько сильны, что они либо искривляют свет, либо не позволяют ему полностью уйти. Но ученые смогли обнаружить и изучить их на основе мощного воздействия, которое они оказывают на свое окружение.

В случае Sgr A* ученые ранее наблюдали звезды, вращающиеся вокруг центра Млечного Пути. Теперь у них есть прямой взгляд на то, что Ферьял Озель, профессор астрономии и физики Аризонского университета, назвал самим «нежным гигантом».

Ютуб

Оценивая размер черной дыры с точки зрения землянина, команда сказала, что увидеть ее с поверхности нашей планеты было бы все равно, что пытаться обнаружить пончик на Луне.

«Что делало это особенно сложным, так это динамическая среда Sgr A*, источник, который бормотал, а затем булькал, когда мы смотрели на него, — сказал Озель, — и трудности, связанные не только с нашей собственной атмосферой, но и с газовые облака в диске нашей галактики по направлению к центру. Потребовалось несколько лет, чтобы уточнить наше изображение и подтвердить то, что у нас было, но мы победили».

Более 300 исследователей объединили усилия для получения изображения, собирая информацию из радиообсерваторий по всему миру. Для получения изображения ученые использовали наблюдения за апрель 2017 года, когда все восемь обсерваторий были направлены на черную дыру.

«Хотя мы не можем видеть саму черную дыру, потому что она совершенно темная, светящийся газ вокруг нее дает характерный признак: темную центральную область (называемую «тенью»), окруженную яркой кольцеобразной структурой», — EHT. — говорится в сообщении команды.

Исследователи объявили эту новость в четверг утром в Национальном пресс-клубе в Вашингтоне, округ Колумбия, но она одновременно была обнародована по всему миру на серии пресс-конференций, проведенных в Мехико, Шанхае, Токио и других городах.

«Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал ученый проекта EHT Джеффри Бауэр из Института астрономии и астрофизики Академии Синика в Тайбэе.

Открытие произошло через три года после того, как Event Horizon Telescope Collaboration опубликовала первое в истории изображение черной дыры, но эта работа была сосредоточена на центре галактики Мессье 87, находящейся в десятках миллионов световых лет от Земли в скоплении Девы. галактик.

Комментируя сходство двух изображений темной тени, окруженной ярким кольцом, Озель заявил: «Кажется, что черные дыры похожи на пончики».

Тем не менее, сказала она, две черные дыры сильно отличаются друг от друга — во-первых, черная дыра Млечного Пути не такая прожорливая.

«Тот, что находится в M87, накапливает материю значительно быстрее, чем Sgr A*», — сказала она. «Возможно, что более важно, тот, что находится в M87, запускает мощную струю, которая простирается до края этой галактики. Наша черная дыра этого не делает».

Сообщение спонсора

Стать спонсором NPR

Изображение черной дыры проливает свет на загадки Млечного Пути

Первое изображение сверхмассивной черной дыры нашей Галактики, опубликованное ранее в этом месяце, уже начало объяснять некоторые непреходящие загадки сердца Млечного Пути.

Богатство новой информации о черной дыре, названной Стрельцом A*, дополняется многими другими свидетельствами, которые теперь рисуют подробную картину галактического центра. В совокупности результаты показывают, что Стрелец А* всасывает вещество медленными темпами, что делает его необычно тусклым по сравнению с центральными черными дырами других галактик. Наблюдения также намекают на то, что Стрелец А* мог быть чрезвычайно активен всего несколько миллионов лет назад. Между тем, последние данные поднимают новые вопросы о некоторых из крупнейших структур, наблюдаемых в Млечном Пути и вокруг него.

Впервые получено изображение черной дыры в центре нашей Галактики

Изображение, опубликованное коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT) 12 мая, стало основным моментом набора из десяти статей в специальном выпуске Astrophysical Journal Letters ¹ . Но базовые данные, собранные в 2017 году, содержат гораздо больше информации, которую ученые все еще просматривают, говорит член EHT Сера Маркофф, астрофизик-теоретик из Амстердамского университета. «Это как рай для астрофизиков», — говорит она.

На изображении видно светящееся кольцо радиоизлучения, окружающее темную тень. Эта тень лежит прямо за горизонтом событий черной дыры — неосязаемой сферой, которая отмечает точку невозврата для всего, что ее пересекает. Детальный анализ данных EHT теперь подтвердил многие аспекты теоретических и компьютерных моделей, описывающих процесс создания светящегося кольца.

Когда материя движется по спирали в черную дыру почти со скоростью света, она образует «аккреционный диск», который излучает излучение во всем электромагнитном спектре, включая радиоволны, которые могут обнаружить телескопы EHT. Их данные показывают, что аккреционный диск по форме больше похож на надутый пончик, чем на плоский блин. Эта утолщенная форма означает, что диск медленно снабжает черную дыру остатками материи, что делает ее относительно тусклой по сравнению с другими, более жадными черными дырами.

Коллаборация EHT опубликовала это изображение черной дыры Стрельца A* в начале этого месяца. Предоставлено: EHT Collaboration

Хотя форма аккреционного диска оправдала ожидания, многие астрофизики были удивлены тем, что данные EHT показали диск «лицом к лицу». Это означает, что его ось вращения наклонена под углом менее 50° к нашей прямой видимости с Земли.

Некоторые ученые ожидали, что ось вращения диска вместо этого будет направлена ​​вертикально, показывая аккреционный диск «ребром» с точки зрения Земли. Эта ориентация возникла бы в результате взаимодействия трех отдельных вращений: величественного поворота спиральных рукавов Галактики, падающего вещества, питающего аккреционный диск, и самой быстро вращающейся черной дыры.

Стрелец A*, вероятно, образовался в результате слияния двух черных дыр, когда пара галактик объединилась в Млечный Путь. Первоначально вращение новой черной дыры могло быть направлено в любом направлении. Но по мере того, как она росла, питаясь пылью и газом, импульс падающей материи медленно выравнивал вращение черной дыры с вращением Галактики, говорит Прия Натараджан, астрофизик из Йельского университета в Нью-Хейвене, штат Коннектикут. Поскольку в Млечном Пути не было слияния по крайней мере один миллиард лет, к настоящему времени все три вращения должны были выровняться.

Как охотиться за черной дырой с помощью телескопа размером с Землю

Однако предварительные результаты EHT почти наверняка исключают вертикальную ось вращения аккреционного диска и, возможно, самой черной дыры. Это совпадает с наблюдениями, сделанными в 2018 году Очень Большим Телескопом (VLT), установкой на горе Серро-Параналь в Чили, которая зафиксировала вспышки от материи, вращающейся очень близко к горизонту событий черной дыры по часовой стрелке, как раз там, где EHT увидел ее. звенеть. «На самом деле эти два изображения можно было бы наложить друг на друга», — говорит Стефан Гиллессен, радиоастроном из Института внеземной физики им. Макса Планка в Гархинге, Германия.

Гиллессен и его сотрудники провели исследование с использованием прибора GRAVITY, который собирает инфракрасный свет от четырех 8-метровых тарелок VLT для достижения разрешения, сравнимого с разрешением одного 130-метрового телескопа. Как и EHT, GRAVITY обнаружил, что аккреционный диск имеет ориентацию лицом к лицу, а его ось вращения находится под углом 20–30 ° от нашего луча зрения.

Эта ориентация лицом к лицу также согласуется с десятилетиями наблюдений за структурой центральной области Млечного Пути, говорит Джейсон Декстер, астрофизик-теоретик из Университета Колорадо в Боулдере, который является членом коллабораций GRAVITY и EHT. . По его словам, аккреционный диск черной дыры снабжается веществом, вытекающим из звезд, которые вращаются вокруг Стрельца A* в диске диаметром около 0,3 парсека (один световой год). Таким образом, ориентация аккреционного диска должна соответствовать диску звезд, а не более крупномасштабной структуре Галактики, говорит Декстер. «Здесь нет никаких проблем — и, возможно, мы должны были этого ожидать».

Данные EHT за 2017 год еще не могут подтвердить вращение аккреционного диска по часовой стрелке, наблюдаемое GRAVITY, говорит Чарльз Гэмми, член коллаборации EHT в Университете Иллинойса в Урбана-Шампейн. Но команда собирает больше данных и вскоре может ответить на этот вопрос. «В новых наблюдениях 2022 года может быть достаточно информации, особенно если мы сможем снять фильм и увидеть, как вращаются структуры», — говорит Гэмми.

Спиральные потоки

Увеличив масштаб изображения центра Галактики, астрономы ранее нанесли на карту несколько других более крупных структур размером до нескольких парсеков в поперечнике. К ним относятся «мини-спирали», состоящие из потоков газа, которые напоминают спиральные рукава Млечного Пути, но в 10 000 раз меньше. Кажется, что сейчас из спирали внутрь падает не так много вещества, но в прошлом оно могло питать черную дыру в периоды гораздо более интенсивной активности.

Интересно, что эта спираль не совпадает ни с диском звезд вокруг Стрельца A*, ни с его аккреционным диском, ни с самой Галактикой. «Сам центр Галактики не обязательно должен совпадать с плоскостью Галактики», — говорит Маркофф. «Вы не обязательно ожидаете, что то, что происходит очень близко к черной дыре, что-то знает о галактической плоскости».

Вокруг черной дыры Млечного Пути обнаружены гигантские «пузыри»

Модели, подобные модели Натараджана, которые предсказывают постепенное выравнивание вращения черной дыры, могут применяться только к галактикам, которые снабжают черную дыру постоянным потоком материи в течение длительного времени, говорит Эндрю Кинг, астрофизик из Лестерского университета. , ВЕЛИКОБРИТАНИЯ. Похоже, это не относится ни к Млечному Пути, ни ко многим другим галактикам, которые, кажется, содержат смещенные центральные черные дыры. «Причина должна заключаться в том, что газ, питающий черную дыру, не направляется упорядоченным образом, а поступает отдельными эпизодами, направления которых расположены совершенно случайно по сравнению с осью вращения черной дыры», — говорит Кинг.

Этот тип хаотического питания может заставить черную дыру вращаться с довольно низкой скоростью, что позволит ей аккрецировать достаточно материи для быстрого роста. Это могло бы помочь объяснить, как некоторые черные дыры становились такими большими и так быстро: некоторые из них уже были в миллиарды раз массивнее Солнца, когда возраст Вселенной составлял одну десятую от нынешнего.

Мыльные пузыри

Несмотря на то, что все эти доказательства, похоже, согласуются с ориентацией Стрельца А*, остаются большие вопросы о возможной связи между черной дырой и другими огромными образованиями, наблюдаемыми вокруг центра Галактики.

В 2010 году астрономы с помощью космического гамма-телескопа НАСА «Ферми» нанесли на карту две огромные доли газа, расположенные прямо над и под центральной областью Галактики, каждая длиной 7700 парсек. Эти лепестки светятся в рентгеновских лучах и стали известны как пузыри Ферми. А в 2020 году рентгеновский телескоп eROSITA на борту германо-российского зонда обнаружил еще более крупные пузыри в том же районе космоса.

Композитное изображение, показывающее пузыри Ферми (красный) и пузыри, обнаруженные eROSITA (синий). Предоставлено: P. Predehl и др./Природа

Наблюдения предполагают, что эти пузыри являются послесвечением ударных волн, вышедших из центра Галактики за последние 20 миллионов лет или около того. Вероятным источником такой ударной волны может быть всплеск активности звездообразования, приводящий к большому количеству звездных взрывов, называемых сверхновыми. Но еще одним важным подозреваемым является период интенсивного питания со стороны Стрельца А*.

Исследователи также обнаружили светящиеся столбы газа, простирающиеся более чем на 150 парсеков от галактического центра, что может указывать на то, что Стрелец A* создал пузыри Ферми. «Подобно дымоходу, который все еще горячий от дыма и тепла, которые только что прошли через него, эти дымоходы могут быть пережитком оттока, который раздул пузыри Ферми и eROSITA», — говорит Габриэле Понти, астрофизик из Национального института астрофизики в Риме.

Но кажется, что пузыри выровнены вертикально с осью Млечного Пути, поэтому неясно, как они могли появиться из черной дыры, которая наклонена в другом направлении. Одна возможность состоит в том, что пузыри являются конечным результатом многих отдельных периодов интенсивного питания, каждый из которых извергает вещество в другом направлении. «То, что показал EHT, было моментальным снимком. Пузыри Ферми обнаруживают активность в очень длительных временных масштабах», — говорит Симона Мурджиа, астроном из Калифорнийского университета в Ирвине, которая работает над миссией Ферми.

По словам Понти, космический рентгеновский телескоп под названием Athena, который Европейское космическое агентство планирует запустить в середине 2030-х годов, может помочь решить этот вопрос путем картирования движения газа в пузырях Ферми.

Черная дыра в центре нашей Галактики получена впервые

Второе прямое изображение черной дыры — Стрелец A* в центре Млечного Пути. Предоставлено: сотрудничество Event Horizon Telescope

Радиоастрономы сфотографировали сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути. Это всего лишь второе прямое изображение черной дыры после того, как та же команда представила историческое изображение более удаленной черной дыры в 2019 году..

Долгожданные результаты, представленные сегодня коллаборацией Event Horizon Telescope (EHT), показывают изображение, напоминающее предыдущее: кольцо излучения окружает более темный диск точно такого размера, который был предсказан по косвенным наблюдениям и по Альберту. Общая теория относительности Эйнштейна.

«Сегодня, прямо в этот момент, у нас есть прямое доказательство того, что этот объект является черной дырой», — сказала Сара Иссаун, астрофизик из Гарвардского и Смитсоновского астрофизического центра в Кембридже, штат Массачусетс, на пресс-конференции в Гархинге, Германия. Команда опубликовала свои результаты в специальном выпуске Письма астрофизического журнала ¹ .

«Мы так долго работали над этим, что время от времени вам приходится ущипнуть себя и вспомнить, что это черная дыра в центре нашей Вселенной», — сказала член команды EHT Кэти Боуман, специалист по вычислительной технике. исследователь изображений Калифорнийского технологического института в Пасадене на пресс-конференции в Вашингтоне. «Я имею в виду, что может быть круче, чем увидеть черную дыру в центре Млечного Пути?»

Наблюдения черных дыр

В течение пяти ночей в апреле 2017 года коллаборация EHT использовала восемь обсерваторий по всему миру для сбора данных как о черной дыре Млечного Пути, названной Стрельцом A*, в честь созвездия, в котором она находится, так и о M87*, расположенной в центр галактики М87.

Черная дыра впервые запечатлена в впечатляющих деталях

Расположение обсерваторий варьировалось от Испании до Южного полюса и от Чили до Гавайев. Они собрали почти 4 петабайта (4000 терабайт) данных, что было слишком много для отправки через Интернет и приходилось перевозить самолетом на жестких дисках.

Исследователи EHT представили свое изображение M87* в 2019 году, демонстрирующее первое прямое свидетельство наличия горизонта событий — сферической поверхности, покрывающей внутреннюю часть черной дыры.

Но данные Стрельца А* было сложнее анализировать. Две черные дыры имеют примерно одинаковый видимый размер в небе, потому что M87* находится почти в 2000 раз дальше, но примерно в 1600 раз больше. Любые сгустки материи, вращающиеся по спирали вокруг M87*, покрывают гораздо большие расстояния — больше, чем орбита Плутона вокруг Солнца, — и излучение, которое они испускают, практически постоянно в коротких масштабах времени. Но Стрелец А* может быстро измениться, даже за те несколько часов, что EHT наблюдает за ним каждый день. «В M87* мы увидели очень мало изменений в течение недели», — говорит Хейно Фальке, астрофизик из Университета Радбауд в Неймегене, Нидерланды, и соучредитель коллаборации EHT. «Стрелец А* изменяется в масштабах времени от 5 до 15 минут».

Из-за этой изменчивости команда EHT создала не одно изображение Стрельца A*, а тысячи — и представленное сегодня изображение является результатом большой обработки. «Усредняя их вместе, мы можем выделить общие черты», — говорит член EHT Хосе Гомес из Института астрофизики Андалусии в Гранаде, Испания.

Помимо кольца излучения вокруг более темного диска, полученное изображение содержало три более ярких «узла». «Мы видим узлы на всех изображениях, которые мы создали», — говорит Иссаун, но у каждого они были в разных местах. Усредненные узлы, которые появляются на изображении, вероятно, являются артефактами метода интерферометрии, используемого EHT, добавляет она. Он реконструирует изображения с идеализированной радиотарелки размером с Землю, но только крошечные осколки тарелки могут принимать данные в любой момент времени.

Внешний вид отличается от M87*, у которого более яркая область на изображении имела форму полумесяца, что может указывать на более плотный сгусток материи, ускоряющийся в направлении луча зрения.

Следующей целью проекта является создание фильма о черной дыре, чтобы узнать больше о ее физических свойствах, заявил журналистам на пресс-конференции в Вашингтоне Ферьял Озель, астрофизик из Аризонского университета в Тусоне.

Физики, разгадавшие тайны черных дыр, получают Нобелевскую премию

Команда EHT провела моделирование на суперкомпьютере для сравнения со своими данными и пришла к выводу, что Стрелец A*, вероятно, вращается против часовой стрелки вдоль оси, которая примерно указывает на луч зрения на Землю, сказал Гомес.

«Что меня поражает, так это то, что мы видим это лицом к лицу», — говорит Регина Капуто, астрофизик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. Космический гамма-телескоп Ферми НАСА, с которым работает Капуто, ранее обнаруживал гигантские светящиеся объекты над и под центром галактики, которые могли быть созданы Стрельцом А* в периоды интенсивной активности в прошлом. Но эти особенности, известные как пузыри Ферми, по-видимому, требуют, чтобы материя вращалась вокруг черной дыры с ребра, а не лицом к ней, как это видно с Земли.

Чрезвычайно массивный объект

Первые намеки на существование Стрельца А* появились в 1970-х годах, когда радиоастрономы обнаружили точечный радиоисточник в центральной области Галактики.

Источник оказался необычно тусклым, тусклее средней звезды. Тем не менее, многолетние наблюдения за движением близлежащих звезд показали, что объект был чрезвычайно массивным: используя самые последние наблюдения, ученые подсчитали, что его масса в 4,15 миллиона раз больше массы Солнца, плюс-минус 0,3%. Эти расчеты, сделанные путем отслеживания того, как звезды вращаются вокруг Стрельца A*, предоставили убедительные доказательства того, что радиоисточник настолько массивен и плотен, что может быть не чем иным, как черной дырой. Эта работа принесла Андреа Гез, астрофизику из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, и Райнхарду Генцелю, директору Института внеземной физики им. Макса Планка в Гархинге, Германия, долю Нобелевской премии по физике 2020 года. (Размер темной тени на изображении EHT предполагает, что черная дыра весит около 4 миллионов масс Солнца, что поразительно согласуется с более ранними оценками, хотя и не столь точно.)

Источник: Телескоп Event Horizon

Стрелец A* практически невидим для оптических телескопов из-за пыли и газа на галактическом диске. Но начиная с конца 1990-х Фальке и другие поняли, что тень черной дыры может быть достаточно большой, чтобы ее можно было изобразить с помощью коротких радиоволн, которые могут пробить эту завесу. Но исследователи подсчитали, что для этого потребуется телескоп размером с Землю. К счастью, в этом может помочь метод, называемый интерферометрией. Он включает в себя одновременное наведение нескольких удаленных телескопов на один и тот же объект. По сути, телескопы работают как осколки одной большой тарелки (см. «Глобальные усилия»).

В первых попытках наблюдения Стрельца А* с помощью интерферометрии использовались относительно длинные 7-миллиметровые радиоволны и обсерватории, расположенные на расстоянии нескольких тысяч километров друг от друга. Все, что астрономы могли видеть, было размытым пятном.

Команды по всему миру усовершенствовали свои методы и модернизировали основные обсерватории, которые были добавлены к сети. В частности, исследователи адаптировали для этой работы телескоп Южного полюса и большую миллиметровую/субмиллиметровую решетку Atacama стоимостью 1,4 миллиарда долларов США в Чили.

Затем, в 2015 году, группы объединились в коллаборацию EHT. Их наблюдательная кампания 2017 года была первой, которая охватила расстояния, достаточные для разрешения таких деталей, как размер Стрельца A*.

Планы на будущее

EHT собрала больше данных в 2018 году, но отменила свои запланированные кампании наблюдений в 2019 и 2020 годах. Они возобновили наблюдения в 2021 и 2022 годах с улучшенной сетью и более сложными инструментами.

Как охотиться за черной дырой с телескопом размером с Землю

Ремо Тиланус, член EHT из Аризонского университета в Тусоне, говорит, что последние наблюдения группы в марте зафиксировали сигналы с вдвое большей частотой, чем в 2017 году, большинство из них на длине волны 0,87 мм, что должно помочь увеличить разрешение полученные изображения.

Исследователи надеются выяснить, есть ли у Стрельца A* джеты. Многие черные дыры, в том числе M87*, демонстрируют два луча вещества, быстро вылетающих в противоположных направлениях, что, как считается, является результатом интенсивного нагрева падающего газа и приводится в действие вращением черной дыры. У Стрельца А* в прошлом могли быть большие джеты — как предполагают нагретые облака материи над и под галактическим центром. Его струи теперь будут намного слабее, но их присутствие может раскрыть важные детали истории нашей Галактики.

«Эти струи могут препятствовать или вызывать звездообразование, они могут перемещать химические элементы» и влиять на эволюцию всей галактики, — говорит Фальке. «И мы сейчас смотрим, где это происходит».

Первая блуждающая черная дыра обнаружена в Млечном Пути

Это изображение, полученное космическим телескопом Хаббла, сосредоточено на объекте, известном как MOA-11-191/OGLE-11-0462. Астрономы говорят, что этот объект является первой известной блуждающей черной дырой, обнаруженной в нашей родной галактике, Млечном Пути. Изображение предоставлено Саху и др./Phys.org.

Сейчас хорошо известно, что сверхмассивные черные дыры часто встречаются в центрах галактик, включая наш Млечный Путь. Их масса в миллионы или миллиарды раз превышает массу нашего Солнца. Мы также смогли обнаружить черные дыры, масса которых всего в несколько раз превышает массу нашего Солнца, в бинарных системах, где черная дыра вытягивает материал из объекта-компаньона. А как же одиночные черные дыры? Ученые предполагают, что одиночные черные дыры действительно существуют. Они подсчитали, что только в нашей галактике их может быть миллионы или даже больше. Поскольку они одиночные — не оттягивают массу от компаньона — их очень трудно обнаружить. Но 4 февраля 2022 года астрономы объявили, что нашли его.

Международную группу астрономов возглавил Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд. Блуждающая черная дыра называется MOA-11-191/OGLE-11-0462 и в настоящее время находится на расстоянии около 5200 световых лет от Земли. Это так называемая черная дыра звездной массы, обладающая критической массой (как минимум в несколько раз превышающей массу нашего Солнца), необходимой для того, чтобы обычная звезда схлопнулась в черную дыру.

Исследователи опубликовали препринт своего исследования на arXiv 31 января 2022 года. Как указано в документе:

Мы сообщаем о первом однозначном обнаружении и измерении массы изолированной черной дыры звездной массы.

Осталось еще несколько лунных календарей на 2022 год. Закажи себе, пока они не закончились!

Блуждающую черную дыру было нелегко найти

Хотя ученые предполагали, что они существуют, найти одиночные черные дыры звездной массы непросто. Во многом это связано с тем, что они практически незаметны на фоне космоса. Так почему же ученые были так уверены? Как правило, потому что другие исследования показывают, что черные дыры часто имеют тенденцию образовываться, когда звезды умирают, коллапсируют и превращаются в сверхновые. Сверхновые — обычное дело. Следовательно, в результате должно быть много черных дыр, свободно плавающих по нашей галактике.

На этих кадрах показано событие микролинзирования под названием MOA-11-191/OGLE-11-0462, которое космический телескоп Хаббл наблюдал с 2011 по 2017 год. Исследователи говорят, что объект, вызвавший микролинзирование, представляет собой черную дыру звездной массы. Изображение предоставлено Саху и др./arXiv 2022/ScienceAlert.

Использование микролинзирования для поиска черных дыр

Итак, поскольку эти черные дыры по своей природе трудно увидеть, как ученые их ищут? Они используют метод, называемый гравитационным микролинзированием, при котором свет, исходящий от звезд, преломляется огромной гравитацией черной дыры. Даже тогда это непросто, учитывая расстояния. Эффект микролинзирования изгибает свет, а также увеличивает его, как если бы вы смотрели на него через увеличительное стекло.

Затем, в 2011 году, астрономы обнаружили именно такое событие микролинзирования, которое могло быть вызвано черной дырой. Однако потребуется время, чтобы подтвердить это или нет. Они наблюдали свет звезды восемь раз в течение шести лет с помощью космического телескопа Хаббла. Они видели, что свет со временем менялся, но это было еще не все. Сама звезда выглядела так, будто переместилась на .

Черная дыра — лучшее объяснение события микролинзирования 2011 года

Как это объяснить? Исследователи определили, что, с нашей точки зрения, должен двигаться другой объект, преломляющий свет звезды, когда она проходит мимо. Они пришли к выводу, что объект должен быть черной дырой, основываясь на двух доказательствах. Во-первых, не было света от микролинзирования, а во-вторых, искривление или увеличение света звезды длилось долго, около 270 дней. Это указывало на то, что черная дыра несет ответственность за событие микролинзирования.

Кайлаш Саху из Научного института космического телескопа (STScI) возглавил команду, обнаружившую блуждающую черную дыру. Изображение предоставлено Научным институтом космического телескопа (STScI).

Как отметили исследователи:

Мы показываем, что линза не излучает заметного света, что, наряду с массой, превышающей возможную для белого карлика или нейтронной звезды, подтверждает ее природу черной дыры.

Эта блуждающая черная дыра маленькая и быстрая

Исследователи оценили массу черной дыры в 7,1 раза больше массы Солнца. Таким образом, его горизонт событий — граница, определяющая область пространства вокруг черной дыры, из которой ничто (даже свет) не может выйти — будет составлять около 42 километров (26 миль) в поперечнике. Это действительно маленькая черная дыра по сравнению с монстром в центре нашей галактики. Он также «блуждает» очень быстро, около 45 километров (28 миль) в секунду.

Ученые говорят, что он мог быть выброшен в космос после того, как его ранее существовавшая звезда взорвалась. Это означает, что теперь черная дыра движется сама по себе через межзвездное пространство без спутников. Иногда при вспышках сверхновых оставшееся мертвое ядро ​​звезды может быть выброшено в космос. Белый карлик LP 40-365 и пульсар PSR J0002+6216 являются двумя известными примерами этого.

Блуждающая черная дыра в другой галактике

Хотя это может быть первая свободно плавающая черная дыра, обнаруженная в Млечном Пути, ученые видели доказательства их существования и раньше. То есть блуждающие черные дыры в других галактиках . В 2016 году ученые сообщили об обнаружении кандидата в блуждающую черную дыру под названием XJ1417+52. Этот был найден на краю линзовидной галактики примерно в 4,5 миллиардах световых лет от Земли.

Рентгеновская обсерватория НАСА «Чандра» и рентгеновская обсерватория ЕКА XMM-Newton использовались для идентификации этого объекта. Родительская галактика объекта называется SDSS J141711.07+522540.8 или сокращенно GJ1417+52. Вероятная черная дыра, по оценкам, имеет массу в 100 000 раз больше массы нашего Солнца.

Представление художника о карликовой галактике, ее форма искажена, скорее всего, из-за прошлого взаимодействия с другой галактикой, и массивная черная дыра на ее окраине (яркое пятно, крайний справа). В 2020 году астрономы сообщили о наличии массивных черных дыр в 13 карликовых галактиках. Около половины из них находились на окраинах своих галактик, как показано здесь. Изображение предоставлено Софией Дагнелло/NRAO/AUI/NSF.

13 массивных черных дыр в карликовых галактиках

Несколько лет спустя, в 2020 году, астрономы заявили, что обнаружили 13 массивных черных дыр в некоторых других карликовых галактиках. В то время как некоторые из черных дыр находились в центрах своих галактик, около половины из них, однако, не находились. Вместо этого они, казалось, бродили по окраинам своих галактик.

Эти черные дыры примерно в 400 000 раз массивнее Солнца.

Вывод: астрономы впервые в истории обнаружили одинокую блуждающую черную дыру в нашей галактике. Она в 7,1 раза тяжелее Солнца и находится на расстоянии 5200 световых лет. В то время как другие были обнаружены ранее в других галактиках, это первая обнаруженная в нашем Млечном Пути.

Источник: изолированная черная дыра звездной массы, обнаруженная с помощью астрометрического микролинзирования

Через Phys.org

Через ScienceAlert

Пол Скотт Андерсон

Просмотр статей

Об авторе:

Пол Скотт Андерсон питал страсть к исследованию космоса, которая началась еще в детстве, когда он посмотрел «Космос» Карла Сагана. . В школе он был известен своей страстью к исследованию космоса и астрономии. В 2005 году он начал свой блог The Meridiani Journal, который представлял собой хронику исследования планет. В 2015 году блог был переименован в Planetaria. Хотя он интересуется всеми аспектами освоения космоса, его главной страстью является планетарная наука.