Это рекорд Итак, пример черной дыры из Messier 87 был предложен для осмысления в качестве разминки. Изображение тени сверхмассивной черной дыры в ядре галактики M 87, полученное в радиодиапазоне с помощью Event Horizon Telescope (2019). Сравнение двух снимков сверхмассивной чёрной дыры в центре М 87, сделанных в 2017 и 2018 годах.
Опубликованы 10 лет наблюдений за первой в истории сфотографированной черной дырой M87*
Однако вокруг нее присутствует светящийся газ. Темная центральная область на кадре называется тенью. Снимок зафиксировал свет, искривленный гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Черная дыра в центре Млечного Пути.
Чем больше телескопов в интерферометре, тем более качественная картинка.
В 2017 году ЕНТ состоял из восьми телескопов, в 2018 — из девяти, с 2022 года — из одиннадцати. Через десять лет планируется удвоить количество телескопов. Что показало самое первое изображение? Первый снимок черной дыры в галактике М87 позволил измерить видимый диаметр ее кольца — 42 микросекунд дуги.
Такое кольцо может быть создано черной дырой с массой 6,5 миллиардов масс Солнца — как раз такая масса там и находится, судя по динамике звезд и газа. Эти значения не зависят от математических моделей черной дыры и аккрецирующего вещества, поэтому должны сохраняться от наблюдения к наблюдению их можно записать в учебники. Мы знаем, как должна работать аккреция. На суперкомпьютере мы смоделировали 60 тысяч черных дыр с разными параметрами и веществом, которое на них падает.
Большинство из них оказались совсем непохожими на действительное — значит в них спин, магнитное поле или какие-то другие параметры неправильные. А вот те изображения, которые напоминали реальное, определили диапазон физических параметров черной дыры и окружающего вещества. Оказалось, что более яркая нижняя половина кольца объясняется допплеровским усилением излучения из-за вращения вещества вокруг черной дыры: сама она быстро вращается, а вещество вокруг нее сильно замагничено. Это первое наблюдение черной дыры позволило опровергнуть некоторые теории гравитации.
Например, в центре М87 точно находится не кротовая нора и не голая сингулярность. Так что общая теория относительности пока выдерживает проверку. Зачем продолжили наблюдать и обрабатывать данные? Во-первых, научные результаты обязательно нужно перепроверять.
Недавно ученые «открыли» высокотемпературный сверхпроводник. Потом проверили — не подтвердилось, расстроились — работают дальше. В случае с EHT так не получится, потому что аналогичных телескопов нет. Свои результаты EHT может подтвердить только сам.
Во-вторых, были данные. Телескоп работал в 2018-м, когда даже внутри коллаборации ни у кого еще не было изображений за прошлый год и никто не знал, успешны ли те наблюдения. Раз данные есть — надо их обработать. Обработали — публиковать.
В-третьих, хотелось ответить новыми результатами на критику японских астрономов под руководством Макото Миёси. Его команда утверждала, что в данных EHT 2017 года нет никакого кольца, зато есть джет протяженностью 1000—10000 микросекунд. Но EHT в 2017-м не мог регистрировать такие большие структуры — это раз.
Тогда астрономы заметили странное движение звезд вокруг объекта. В 2020 году за это открытие была присуждена Нобелевская премия.
Обсерватории по всему миру сделали множество изображений объекта, которые затем объединили в одно.
При этом астрофизикам сопутствовала удача: во всех точках Земли, где стоят телескопы, была ясная погода. Каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации. На расшифровку и анализ полученных данных у ученых ушло два года. При изучении результатов наблюдений ученые прибегли к помощи суперкомпьютеров в обсерватории Хайстак Массачусетский технологический институт, США и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне Германия. Между тем в состав EHT в 2018 году добавился еще один телескоп GLT, миллиметровый телескоп в Гренландии, который серьезно увеличит базу интерферометра.
Что хотели узнать астрофизики Предполагалось, что совместная работа телескопов поможет разглядеть тень черной дыры - это и удалось достичь. Измерения позволили протестировать общую теорию относительности и получить очередное доказательство существования черных дыр. Черные дыры прежде оставались гипотетическими объектами, хотя у астрономов и не оставалось сомнений в том, что они существуют. Ранее было получено большое количество косвенных свидетельств их существования, начиная от наблюдений тесных двойных систем и до гравитационных волн.
Телескопы впервые сделали совместный снимок сверхмассивной черной дыры M87 и массивного джета
Полученные кадры являются крайне важными для многих научных отраслей, в том числе, являются очередным доказательством, подтверждающим теоретические основы природы Общей Теории Относительности. Так, сфотографированный горизонт событий показывает, как материя и свет не могут вырваться за пределы гравитационного воздействия массивной черной дыры. Работы астрономов для получения подобной фотографии начались еще 50 лет назад, отмечает. Тогда астрономы впервые обнаружили невероятный радиоисточник излучения, который оказался настолько мощным, что изменял орбиты ближайших звезд. В ближайшие дни, ученые проекта EHT обнародуют все полученные данные в своем проекте, чтобы они были перепроверны и изучены.
Ось вращения чёрной дыры направлена вертикально, направление джета почти перпендикулярно диску. Несоосность между осью вращения чёрной дыры и осью вращения диска приводит к прецессии диска и джета. Источник: Yuzhu Cui et al. Эффект Лензе — Тирринга очень мал —- примерно одна часть из нескольких триллионов. Чтобы его обнаружить, необходимо исследовать очень массивный объект, и активное ядро галактики М87 наилучшим образом подходит для этого. Подобная прецессия джетов может происходить и в других активных ядрах галактик, но её сложно увидеть из-за небольшой величины и длительного периода изменения. Наша совместная группа МФТИ и ФИАН в настоящее время активно занимаемся моделированием прецессирующих джетов для объяснения данных наблюдений квазаров», — прокомментировала Евгения Кравченко, старший научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ. Другие наблюдения за джетом галактики М87, проведённые в 2009 году, позволили учёным воссоздать неоднородную структуру джета, которая напоминает твидовый узор в виде сплетённой косы спиральных волокон. Их моделирование продемонстрировало, что закручивание центральных волокон вызвано нестабильностями, развивающимися в плазменной струе. Они могут развиваться при неоднородности поля скоростей поперёк джета. Например, это могут быть два разных потока плазмы, взаимодействие которых даёт наблюдаемые явления. Однако такая спиралевидная структура волокон также может быть обусловлена физическими процессами в непосредственной близости от чёрной дыры. Вероятно, именно прецессия Лензе — Тирринга приводит к развитию этих нестабильностей в самой струе.
Но зоны яркости заметно меняются с течением времени. Это явление в науке еще называют эффектом Доплера. Команда объясняет это изменение турбулентностью потока вещества, но пока не готова дать окончательный ответ о том, чем она вызвана. Анна Лысенко.
Новое изображение должно привести к более точным определениям массы черной дыры M87 и физических параметров, определяющих ее нынешний вид. Эти данные также дают исследователям возможность наложить большие ограничения на альтернативы горизонту событий на основе более темной центральной депрессии яркости и выполнить более надежные тесты гравитации на основе более узкого размера кольца. M87 — массивная, относительно близкая галактика в скоплении галактик Девы. Начиная с 1950-х годов новая тогда техника радиоастрономии показала, что в центре галактики есть компактный яркий радиоисточник. В 1960-х годах предполагалось, что в центре M87 есть массивная черная дыра, которая обеспечивает эту активность. Измерения, сделанные с наземных телескопов начиная с 1970-х годов, а затем космическим телескопом Хаббл, начиная с 1990-х годов, убедительно подтвердили, что M87 действительно содержит черную дыру, масса которой в несколько миллиардов раз превышает массу Солнца, основываясь на наблюдениях за высокими скоростями звезд и газа, вращающихся вокруг ее центра. Наблюдения EHT 2017 года за M87 велись в течение нескольких дней с нескольких разных радиотелескопов, соединенных вместе в одно и то же время, чтобы получить максимально возможное разрешение. Ставшее культовым изображение черной дыры M87 в виде «оранжевого пончика», выпущенное в 2019 году, отражает первую попытку создать изображение на основе этих наблюдений.
Опубликованы многоволновые изображения черной дыры в галактике М87
она оказалась равна 6,6 млрд солнечных масс. Наблюдения показали, что, возможно, сверхмассивная чёрная дыра находится не в центре М 87, а в стороне от него, на расстоянии 82 световых лет. Соответствующая работа заняла около пяти лет, а полученный портрет Sgr A*, как отмечает сопредседатель научного совета ЕНТ Сера Маркофф, удивил ученых тем, что показал много сходства между двумя черными дырами — М87* и Sgr A*. Знаменитое изображение сверхмассивной черной дыры в центре M87, которое иногда называют «нечетким оранжевым пончиком», впервые официально преобразилось с помощью машинного обучения. Известно, что черная дыра M87 имеет аккреционный диск, подающий в нее вещество, и джет, выбрасывающий вещество со скоростями, близкими к скорости света.
Первый снимок черной дыры
Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения. По словам участников проекта, получить фотографию черной дыры в Млечном Пути было намного сложнее, чем в галактике Messier 87, поскольку газ, вращающийся вокруг нее, совершает полный оборот всего за пару минут. Наблюдения показали, что, возможно, сверхмассивная чёрная дыра находится не в центре М 87, а в стороне от него, на расстоянии 82 световых лет. По словам участников проекта, получить фотографию черной дыры в Млечном Пути было намного сложнее, чем в галактике Messier 87, поскольку газ, вращающийся вокруг нее, совершает полный оборот всего за пару минут. Знаменитое изображение сверхмассивной черной дыры в центре M87, которое иногда называют «нечетким оранжевым пончиком», впервые официально преобразилось с помощью машинного обучения. Астрономы получили новое изображение центральной сверхмассивной черной дыры M87*, которая находится в центре галактики Мессье 87 (M87) в скоплении галактик Девы на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли.
Первый снимок чёрной дыры в центре нашей Галактики
Затем информация долго обрабатывалась суперкомпьютерами. Это было словно пытаться сделать четкое фото щенка, стремительно гоняющегося за собственным хвостом», — говорит о работе ученых Чи-Кван Чан из Университета Аризоны. Полученные изображения — это результат сведения воедино различных снимков, их «среднее арифметическое». Участник коллаборации Кейичи Асада отметил, что теперь ученые могут заниматься сопоставлением различий между двумя супермассивными черными дырами, что должно дать бесценную информацию о том, как такие объекты функционируют. Работа по обнаружению сверхмассивного компактного объекта в центре Млечного пути — этим объектом оказалась черная дыра — удостоилась Нобелевской премии по физике в 2020 году.
Новые методы машинного обучения, которые мы разработали, предоставляют прекрасную возможность для нашей коллективной работы понять физику черных дыр». Новое изображение должно привести к более точным определениям массы черной дыры M87 и физических параметров, определяющих ее нынешний вид. Эти данные также дают исследователям возможность наложить большие ограничения на альтернативы горизонту событий на основе более темной центральной депрессии яркости и выполнить более надежные тесты гравитации на основе более узкого размера кольца.
M87 — массивная, относительно близкая галактика в скоплении галактик Девы. Начиная с 1950-х годов новая тогда техника радиоастрономии показала, что в центре галактики есть компактный яркий радиоисточник. В 1960-х годах предполагалось, что в центре M87 есть массивная черная дыра, которая обеспечивает эту активность. Измерения, сделанные с наземных телескопов начиная с 1970-х годов, а затем космическим телескопом Хаббл, начиная с 1990-х годов, убедительно подтвердили, что M87 действительно содержит черную дыру, масса которой в несколько миллиардов раз превышает массу Солнца, основываясь на наблюдениях за высокими скоростями звезд и газа, вращающихся вокруг ее центра. Наблюдения EHT 2017 года за M87 велись в течение нескольких дней с нескольких разных радиотелескопов, соединенных вместе в одно и то же время, чтобы получить максимально возможное разрешение.
Впрочем, из-за большого удаления от Земли черная дыра, по словам ученых EHT, предстает на небосклоне крошечной точкой — словно пончик, который пытаешься разглядеть на поверхности Луны. Чтобы получить изображение этого объекта, астрофизики использовали сеть из восьми обсерваторий в разных частях Земли, которые и образуют все вместе виртуальный телескоп размером с планету, носящий название Телескопа горизонта событий. Сбор данных велся в течение «множества ночей» по много часов подряд, что можно сравнить с фотосъемкой с длинной экспозицией, говорят ученые. Затем информация долго обрабатывалась суперкомпьютерами. Это было словно пытаться сделать четкое фото щенка, стремительно гоняющегося за собственным хвостом», — говорит о работе ученых Чи-Кван Чан из Университета Аризоны.
Спитцера, показывает, что М87 выглядит как облако, без выраженных деталей структуры. Однако на изображении видны детали релятивистских джетов, выбрасываемых из центральной области галактики. Джеты протянулись на тысячи световых лет и создают яркие световые следы в галактике. Более яркий джет справа приближается к нам и находится близко от луча зрения. Направленный в противоположную сторону джет не виден, а на картинке запечатлена дуга из вещества, светящегося под действием созданной джетом ударной волны. На врезке внизу справа показано историческое первое изображение черной дыры.
Первая настоящая фотография сверхмассивной черной дыры
Сверхмассивная черная дыра в центре галактики M87 находится в 55 миллионах световых лет от Земли. Ее масса примерно в 6,5 миллиарда раз превышает массу Солнца. Поскольку характеристики излучения черной дыры различаются в каждом диапазоне электромагнитной волны, то сбор данных о черной дыре в разных диапазонах углубит понимание людьми ее природы, что позволит ученым провести исследования в некоторых наиболее важных и сложных областях астрофизики и попытаться найти ответы на многие загадки Вселенной, такие как происхождение энергетических частиц, называемых «космическими лучами», которые постоянно облучают Землю из космоса. Это международные наблюдения 2021 года.
Но стоило тайному стать явным, как человечество взялось за любимое дело.
На самом деле, это не один телескоп, а целая сеть из восьми обсерваторий, расположенных в разных уголках мира, но работающих сообща. На то, чтобы их объединить, ушло семь лет. Все они наблюдали за центром гигантской галактики под названием Мессье 87, или М87, или Дева A, до которого от нас примерно 55 миллионов световых лет. Со вторым все понятно — это наша родная черная дыра, которая располагается в центре Млечного пути, и до нее от нас около 26 тысяч световых лет.
Почему же тогда звездой решили сделать далекую никому не известную провинциалку? Все оказалось прозаично: черная дыра в центре нашей Галактики двигается; поле зрения телескопа, мягко говоря, не ахти, поэтому сначала проще сфокусироваться на дальнем объекте. Что видно на изображении?
Построив с помощью моделирования ожидаемый облик тени от черной дыры такого размера, как М87, команда Боман смогла отсеять менее качественные изображения от более качественных и в итоге получить «картинку» такого уровня, которую без «очищающего» алгоритма было бы невозможно создать. Снимок подтверждает как сам факт существования черных дыр — хотя в нем никто и так не сомневался, — так и то, насколько точны наши представления о них и бублике из пожираемой ими материи. Попутно он позволил несколько уточнить размеры и, соответственно, массу сверхмассивной черной дыры в центре эллиптической округлой галактики М87 в 53,5 миллиона световых лет от нас. М87 оказалась очень солидной дырой — в 6,5 миллиарда раз массивнее Солнца. Диаметр ее — 30 миллиардов километров. То есть если взять центральную часть Солнечной системы — от Солнца до Плутона — и засунуть ее внутрь этой черной дыры, то все наши планеты там спокойно поместятся и еще останется немало дополнительного места.
С близкой скоростью вращается и бублик материи вокруг нее. Такая огромная скорость вращения получена для черной дыры впервые и очень интересна. Дело в том, что черная дыра вращается тем быстрее, чем больше вещества упало на нее за всю ее историю. Получается, М87 не только сейчас активно пожирает материю что и так видно на снимке ее тени , но и делает это уже миллиарды лет подряд без заметных пауз. Это очень резко отличает ее от поведения большинства черных дыр, которые «питаются» намного скромнее. Было бы неплохо понять, почему М87 такая особенная и что вообще определяет аппетит таких опасных объектов, как крупная черная дыра. Дело в том, что черные дыры, по сути, ключевые действующие лица в окружающей нас Вселенной. Если взглянуть на почти все известные галактики, в центре каждой из них лежит сверхмассивная черная дыра и в нашем Млечном Пути — тоже. И они там вовсе не для красоты: тяготение таких сверхмассивных объектов «собирает» вокруг себя ядро каждой галактики и в конечном счете саму галактику.
Без черной дыры в центре материя не могла бы быстро собраться в достаточно плотные структуры. А значит, и образование звезд, и эволюция планетных систем шли бы куда медленнее.
Это та же самая знаменитая черная дыра , которую запечатлел телескоп Event Horizon в 2019 году. Те первые снимки были впечатляющим достижением. Потребовалось много лет работы и множество радиотелескопов, которые охватили весь земной шар, объединив свои наблюдения для получения изображения области космоса, не намного превышающей размеры Солнечной системы, с расстояния 55 миллионов световых лет.
Что еще почитать
- Благодаря наблюдению за джетом сверхмассивной чёрной дыры M87 установлен факт её вращения / Хабр
- Самая тяжелая черная дыра живет на заднем дворе Млечного Пути
- Самая тяжелая черная дыра живет на заднем дворе Млечного Пути
- Комментарии
- Получено первое изображение черной дыры в центре Млечного Пути
Самая тяжелая черная дыра живет на заднем дворе Млечного Пути
Первый снимок черной дыры в галактике М87 позволил измерить видимый диаметр ее кольца — 42 микросекунд дуги. Как и черная дыра, обнаруженная внутри М87, Sgr A* изгибает весь свет вокруг себя. Чёрные дыры действительно поглощают вещество и могут разрывать целые. Это рекорд Итак, пример черной дыры из Messier 87 был предложен для осмысления в качестве разминки. Эта сверхмассивная черная дыра, масса которой в 6,5 миллиардов раз превышает массу нашего Солнца, находится в центре галактики Мессье 87 (M87) в скоплении галактик Девы, расположенном в 55 миллионах световых лет от Земли.
Облегчили в сто раз: российские астрофизики определили массу «сфотографированной» чёрной дыры
Как и черная дыра, обнаруженная внутри М87, Sgr A* изгибает весь свет вокруг себя. Поймать блуждающую черную дыру в обычный телескоп невозможно — она не. В отличие от М87, вокруг Стрельца А* газ вращается на околосветовых скоростях, что приводит к разнице между любыми двумя фото тени черной дыры. Астрофизики провели исследование черной дыры, расположенной в галактике М87 в созвездии Девы. Им удалось изучить структуру ее струй.