На днях научный мир облетела новость: ученые впервые получили изображение центральной черной дыры Млечного Пути. Эта черная дыра угнездилась в центре объекта под названием Стрелец A*. Стрелец A* состоит из самой черной дыры и облака падающего на нее вещества. Спустя три года после публикации первого в истории изображения чёрной дыры международный астрономический проект Event Horizon Telescope (EHT) показал фотографию сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А* (Sgr A*), расположенной в центре нашей галактики.
Телескоп размером с Землю, или Как ученые почти заглянули в черную дыру
Ученые более трех лет наблюдали за сверхмассивной черной дырой Стрелец А* в центре нашей галактики. Благодаря телескопу Event Horizon удалось сделать первый снимок сверхмассивной черной дыры Стрелец А* в центре нашей галактики. Первое фото черной дыры Стрелец А* в центре нашей Галактики. Всполохи в рентгеновском диапазоне, которые периодически возникают со стороны Стрельца А*, заинтересовали ученных из-за того, что эта черная дыра считается «спокойной».
Космический прорыв ученых. Впервые получен снимок черной дыры в центре Млечного Пути (фото)
| На новом изображении черной дыры Стрелец А* видны сгустки энергии - | Занимаясь изучением черной дыры Стрелец А*, расположенной в самом центре нашей с вами галактики Млечный путь, ученые обнаружили аномальную активность. |
| Сфоткали черную дыру в центре нашей галактики / Алексей Сысоев | Стрелец А* значительно меньше чёрной дыры галактики M87. |
| На новом изображении черной дыры Стрелец А* видны сгустки энергии | Самая большая чёрная дыра в Млечном Пути, Стрелец А, имеет совокупную массу нескольких миллионов Солнц. |
Черная дыра в Млечном Пути: ученые увидели центр нашей галактики
Стрелец А*, сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного пути в хаотичном порядке, ежедневно выбрасывает мощные всплески радиоволн. 12.01.2022 Международная группа исследователей во главе с Алексисом Андресом обнаружила, что черная дыра в центре нашей галактики, Стрелец A*, вспыхивает. 12 мая 2022 года астрономы показали первое изображение сверхмассивной чёрной дыры Стрелец A* расположенной в центре Млечного Пути. Высококачественная картинка позволила обнаружить сильные и организованные магнитные поля, спирально распространяющиеся от края сверхмассивной черной дыры Стрелец А*.
В центре нашей Галактики произошла странная вспышка
Это была сверхмассивная черная дыра в центре галактики Мессье 87. EHT смог разрешить этот объект благодаря системе синхронизации нескольких телескопов, разбросанных по всей поверхности Земли. В частности, астрономы использовали Very-Long-Baseline-Interferometry VLBI - метод, который объединяет наблюдательную мощность и данные телескопов по всему миру для создания гигантского виртуального радиотелескопа. Наличие нескольких телескопов на разных широтах Земли в сочетании с вращением Земли приводит к созданию телескопа размером с Землю. Каждый из этих телескопов оснащен антенной с чрезвычайно точными атомными часами для регистрации времени, в которое регистрируются радиосигналы от целевого объекта. И они предлагают новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением. Однако вблизи края эти черные дыры выглядят удивительно похожими", — говорит Сера Маркофф, сопредседатель научного совета EHT и профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета. Результат, полученный с помощью EHT, является экстраординарным.
Ранее ученые видели звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и очень массивного в центре Млечного Пути.
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.
Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна. Чтобы получить ее изображение, команда создала мощное устройство EHT , которое соединило восемь радиообсерваторий по всей планете и сформировало единый виртуальный телескоп размером с Землю. Над открытием трудились более 300 исследователей из 80 институтов по всему миру.
Команда усердно работала в течение пяти лет, используя суперкомпьютеры для объединения и анализа данных, одновременно собирая беспрецедентную библиотеку смоделированных черных дыр. Почему снимок такой нечеткий? То, что их края почти одинаковы, говорит о том, что общая теория относительности управляет объектами вблизи.
Справка «МК». Галактический центр — сравнительно небольшая область в центре нашей Галактики, который находится в 8,5 килопарсеков от нашей Солнечной системы в направлении созвездия Стрельца. Радиус Центра — около 1000 парсеков пк. Вскоре появление на небе нового объекта было подтверждено и другими обсерваториями, в том числе и наземными, которые ведут наблюдения в оптическом диапазоне. Экстремальная яркость источника в рентгеновских лучах была подтверждена 27 августа по результатам наблюдений телескопа ART-XC им. Михаила Павлинского российской обсерватории «Спектр-РГ». По словам ученых, они временно прервали все прежние программы ART-XC и стали наблюдать за самым ярким событием на небе.
Мощные магнитные поля выявлены у черной дыры в центре Млечного Пути
Когда мы смотрим на далекий предмет, наш глаз оказывается в вершине треугольника, основание которого — этот самый предмет. Это проиллюстрировано ниже масштаб искажен с особой жестокостью. Разрешение, или угловое разрешение, — это минимальный угол, при котором предмет все еще различим. Угловое разрешение человеческого глаза — около одной угловой минуты. Это значит, что человек с идеальным зрением может с километрового расстояния разглядеть предмет размером 30 сантиметров. Чем он меньше, тем более тонкие детали мы различаем. Будь этот угол меньше в десять раз, с километровой дистанции мы разглядели бы и монету. От чего зависит разрешение радиотелескопа? Ответ дает простая приближенная формула будем надеяться, что она не уменьшит число читателей этой статьи вдвое, чем издатели традиционно пугают популяризаторов. Радиоастрономы, дай им волю, превратили бы в антенну всю Вселенную, после чего им стало бы нечего наблюдать.
Однако реальность жестока: слишком большие конструкции технически нежизнеспособны. Самый большой действующий радиотелескоп — китайский 500-метровый FAST, но и он использует не всю свою площадь. Какое же разрешение обеспечивает этот великан? Легко вычислить, что при минимальной для него длине волны 10 сантиметров разрешение составляет… порядка угловой минуты. Полукилометровый гигант, чудо инженерной мысли, различает детали не лучше, чем невооруженный человеческий глаз! Разумеется, это лукавое сравнение. Оптическая и радиоастрономия дополняют друг друга, но не могут друг друга заменить. Это так хотя бы потому, что не все космические радиоисточники излучают еще и свет, и наоборот. А поскольку глаз вообще не воспринимает радиоизлучение, то и незачем ему задирать нос перед честными антеннами хотя минуточку, где у глаза нос? И вообще, что поделать, если десятисантиметровые радиоволны в сотни тысяч раз длиннее световых?
Ученым, однако, очень хочется что-нибудь с этим поделать. Поэтому еще на заре радиоастрономии они придумали телескопы-интерферометры. Как это работает Простейший интерферометр представляет собой две антенны, которые работают как одна: сигнал с них складывается или чаще перемножается. Они могут быть соединены кабелем или просто вести запись с метками точного времени, чтобы перемножение сигнала можно было выполнить постфактум. Что в этом хорошего? Дело в том, что угловое разрешение интерферометра тоже описывается приведенной выше формулой, только под D в ней нужно понимать расстояние между антеннами. Отрезок, соединяющий антенны, называется базой интерферометра; понятно, что расстояние между ними — это длина базы. Кроме длины, важна еще и ориентация базы в пространстве. Что же получается? Разнесем два телескопа на тысячу километров — и получим разрешение, как у фантастической, невозможной тысячекилометровой антенны?
На самом деле, увы, все сложнее.
Сверхмассивная черная дыра, которую EHT продемонстрировал в 2019 году, — гигант, одна из самых массивных известных нам черных дыр. Ее масса в 6,5 миллиарда больше массы Солнца. Ее дом — гигантская эллиптическая галактика Дева А Мессье 87 в центре сверхскопления Девы, это в 55 миллионах световых лет от Земли. Черная дыра в М87 окружена аккреционным диском и испускает релятивистские джеты — струи заряженных частиц, двигающихся со скоростью, близкой к скорости света. Джеты в M87 хорошо видны во всем диапазоне электромагнитного спектра.
Она намного ближе, на расстоянии 27 тысяч световых лет от нас, а ее масса на три порядка меньше, чем у черной дыры в М87 — около 4 миллионов масс Солнца. Но она к нам ближе всего. При этом результаты двух групп, полученные независимо на двух различных телескопах, сошлись с хорошей точностью. В 2020 году за эту работу была присуждена Нобелевская премия по физике подробнее читайте в нашем материале «И все-таки они существуют». Поскольку размер горизонта событий черной дыры прямо пропорционален ее массе, а угловой размер на небе обратно пропорционален расстоянию, изображения теней обеих черных дыр должны быть примерно одного размера. Во-первых, мы находимся в плоскости диска Млечного Пути и нам приходится смотреть в его центр через плотные облака газа и пыли, которые находятся на пути излучения.
И поглощение, и искажение излучения приходится учитывать при построении финального изображения. Эти эффекты были теоретически предсказаны ранее, но для большинства других активных ядер галактик они малы, и на практике их почти никогда не учитывают. Поэтому в коллаборации EHT пришлось разрабатывать методы учета таких искажений, чтобы в итоге получить четкие изображения. Если представить, что вы снимаете черную дыру в М87 обычным фотоаппаратом, то это означало бы, что вы можете держать затвор открытым восемь-девять часов. Поэтому получилось так, что радиоастрономы получили множество кусочков мозаики, но все они относились к разным картинкам, потому что пока они получали эти фрагменты, изображение менялось. Чтобы собрать из них единое изображение потребовалось пять лет.
Они нашли четыре кластера моделей, четыре типа изображений, которые согласовывались лучше всего», — говорит Ковалев. Из этих четырех кластеров было построено финальное изображение. Ученые могли бы получать качественные изображения каждые 10 минут и за одну наблюдательную сессию сделать целый фильм о том, как живет и меняется черная дыра. Но в EHT в 2017 году было всего восемь телескопов, и для построения качественного изображения пришлось использовать вращение Земли. Благодаря ему проекция базы каждой пары телескопов меняется со временем, поэтому количество измеренных за одно наблюдение различных угловых масштабов достаточно для простого построения изображения при условии, что это изображение не меняется.
Наблюдения говорят нам об активной сверхмассивной черной дыре, которая притягивает к себе материал и заставляет его погружаться в свою пасть. Изучив ее орбиту, были оценены масса и радиус сверхмассивной черной дыры. Более поздние наблюдения определили массу в 3,7 млн солнечных масс в объеме с радиусом в 6,25 световых часов, или 6,7 млрд км.
Ее активность в центре Млечного Пути превращает ее в своего рода двигатель, который, поглощая материю из того, что проходит поблизости, производит энергию в виде интенсивного излучения. На большом изображении рентгеновское излучение обсерватории "Чандра" выделено синим цветом, а инфракрасное излучение космического телескопа "Хаббл" - красным и желтым. Рассеянное рентгеновское излучение исходит от горячего газа, захваченного черной дырой и втянутого внутрь. Этот горячий газ образуется из ветров, создаваемых дискообразным распределением молодых массивных звезд, наблюдаемых в инфракрасном диапазоне. Поэтому для получения его изображения требуется невероятно высокое разрешение. Первое изображение черной дыры было получено EHT в 2019 году.
Астрономы сделали сенсационное открытие о нашей галактике
| Первый в истории снимок черной дыры | Интересен не сам снимок тени черной дыры Стрелец А*, а способ, которым он был сделан. |
| Впервые получено изображение тени черной дыры в центре Млечного Пути | Из-за того, что практически рядом находится звезда Стрелец А*, непонятным образом изменился путь поступления звездного газа на поверхность черной дыры. |
Мощные магнитные поля выявлены у черной дыры в центре Млечного Пути
| Черная дыра в Млечном Пути: ученые увидели центр нашей галактики | Новое изображение сверхмассивной чёрной дыры Стрелец А* в центре Млечного Пути. |
| Астрономы показали потрясающий космический «танец» звезд вокруг черной дыры в центре Млечного Пути | Это первое изображение Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики – Самые лучшие и интересные новости по теме: Астрономия, космос, млечный путь на развлекательном портале |
| Получена фотография центральной черной дыры Млечного Пути - Ин-Спейс | Именно в этот день состоялась конференция ученых проекта Event Horizon Telescope (EHT), на которой были обнародованы изображения сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, которая находится в самом центре нашей галактики. |
Опубликован первый в истории снимок черной дыры
Высококачественная картинка позволила обнаружить сильные и организованные магнитные поля, спирально распространяющиеся от края сверхмассивной черной дыры Стрелец А*. Это первое изображение Стрельца А*, сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики. Сверхмассивная чёрная дыра в центре Млечного пути может проснуться, чтобы поглотить всю окружающую материю. Астрономам из Южноафриканской радиоастрономической обсерватории (SARAO) удалось заглянуть в центр нашей Галактики и увидеть там вспыхивающие звезды, «звездные ясли», магнитные полосы и сверхмассивную черную дыру под названием Стрелец А.
Представлено новое изображение черной дыры в нашей галактике
Эта черная дыра называется Мессье 87 или Дева А, она находится на расстоянии около 53 миллионов световых лет от Земли. Наша черная дыра Стрелец А* (Sagittarius A*) — гораздо более обыкновенная, во Вселенной таких большинство. При просмотре этой серии я все больше и больше напрягался: «черная дыра» Стрелец А в центре нашей галактики Млечный путь, массой приблизительно в 4 миллиона больше нашего Солнца, способна поглотить любой оказавшийся поблизости объект, будь то астероид, планета.
Черную дыру Стрелец А* сфотографируют
Кроме того, оба измерения дали согласованные значения массы, которые в свою очередь согласуются с предсказаниями теории относительности. Это позволяет опровергнуть многие но не все альтернативные гипотезы о природе компактного объекта в центре Галактики, например, голую сингулярность , некоторые модели бозонных звезд. Все эти гипотезы не вписываются в наблюдаемую картину. Но нельзя сказать, что наблюдения EHT позволили существенно уточнить наши представления о сверхмассивной черной дыре в центре Млечного пути. Пока речь идет только о подтверждении наших гипотез.
С момента открытия реликтового излучения до времени, когда измерения реликтового фона позволили существенно уточнить наши космологические представления, прошло почти 40 лет», — напоминает Ковалев. А из-за несовершенства современных теоретических моделей, с которыми сравниваются наблюдения, пока мы можем говорить только о качественном соответствии наблюдений нашим представлениям», — считает Иванов. Что дальше? В апреле 2017 года, когда EHT получил данные, по которым были собраны изображения теней черных дыр в Млечном Пути и М87, ученые с его помощью наблюдали еще и много других объектов: галактику Центавр А , блазары 3C 279 , OJ 287.
Некоторые другие активные галактики наблюдались также в 2021 и 2022 годах. Поэтому можно ожидать, что результаты этих наблюдений также скоро будут представлены. Кроме того, сам Телескоп горизонта событий постепенно растет. С 2017 года в состав EHT вошли три новых телескопа — в Гренландии, Аризоне и Франции, — а чувствительность всех телескопов стала лучше на 40 процентов.
Ученые уже провели первые наблюдения на частоте 345 гигагерц. По сравнению с 2017 годом Телескоп теперь может наблюдать объекты в два раза меньшие и в 2,5 раза более тусклые. Кроме того, излучение на новой частоте 345 гигагерц менее подвержено рассеянию, чем на прошлых 230 гигагерц, поэтому следующие изображения будут четче. Например, ожидается, что наблюдения 2021—2022 годов позволят ученым детально разглядеть область, откуда исходит релятивистский джет черной дыры в центре галактики M87.
Это можно сделать по уже имеющимся данным, так что ученые из EHT займутся этим в ближайшее время. Черные дыры не могут иметь собственного магнитного поля, зато мы сможем увидеть его формирование в аккреционном диске и то, как оно участвует в запуске и ускорении релятивистского выброса. Наблюдение поляризованного излучения — это тот ключик, который откроет дверь к измерению магнитных полей в ближайших окрестностях черных дыр. Измерив их, мы сможем окончательно опровергнуть все модели, альтернативные черным дырам, и, наконец, понять, как они запускают релятивистские джеты.
Михаил Лисаков.
Вот вы и познакомились с двумя главными характеристиками астрономического инструмента: чувствительностью и разрешением. Первая — про способность выделять из фона слабые объекты. Вторая — про возможность разглядеть мелкие подробности объектов ярких. Понятно, что астрономов интересует «и то, и другое и можно без хлеба», но в этой статье мы поговорим о разрешении. Как оно измеряется? Когда мы смотрим на далекий предмет, наш глаз оказывается в вершине треугольника, основание которого — этот самый предмет. Это проиллюстрировано ниже масштаб искажен с особой жестокостью. Разрешение, или угловое разрешение, — это минимальный угол, при котором предмет все еще различим. Угловое разрешение человеческого глаза — около одной угловой минуты.
Это значит, что человек с идеальным зрением может с километрового расстояния разглядеть предмет размером 30 сантиметров. Чем он меньше, тем более тонкие детали мы различаем. Будь этот угол меньше в десять раз, с километровой дистанции мы разглядели бы и монету. От чего зависит разрешение радиотелескопа? Ответ дает простая приближенная формула будем надеяться, что она не уменьшит число читателей этой статьи вдвое, чем издатели традиционно пугают популяризаторов. Радиоастрономы, дай им волю, превратили бы в антенну всю Вселенную, после чего им стало бы нечего наблюдать. Однако реальность жестока: слишком большие конструкции технически нежизнеспособны. Самый большой действующий радиотелескоп — китайский 500-метровый FAST, но и он использует не всю свою площадь. Какое же разрешение обеспечивает этот великан? Легко вычислить, что при минимальной для него длине волны 10 сантиметров разрешение составляет… порядка угловой минуты.
Полукилометровый гигант, чудо инженерной мысли, различает детали не лучше, чем невооруженный человеческий глаз! Разумеется, это лукавое сравнение. Оптическая и радиоастрономия дополняют друг друга, но не могут друг друга заменить. Это так хотя бы потому, что не все космические радиоисточники излучают еще и свет, и наоборот. А поскольку глаз вообще не воспринимает радиоизлучение, то и незачем ему задирать нос перед честными антеннами хотя минуточку, где у глаза нос? И вообще, что поделать, если десятисантиметровые радиоволны в сотни тысяч раз длиннее световых? Ученым, однако, очень хочется что-нибудь с этим поделать. Поэтому еще на заре радиоастрономии они придумали телескопы-интерферометры. Как это работает Простейший интерферометр представляет собой две антенны, которые работают как одна: сигнал с них складывается или чаще перемножается. Они могут быть соединены кабелем или просто вести запись с метками точного времени, чтобы перемножение сигнала можно было выполнить постфактум.
Что в этом хорошего? Дело в том, что угловое разрешение интерферометра тоже описывается приведенной выше формулой, только под D в ней нужно понимать расстояние между антеннами.
Этот спектр показывает наличие водяного льда в галактическом центре. Этот водяной лёд, который часто встречается в пылевых дисках вокруг очень юных звёзд, стал ещё одним независимым показателем молодости некоторых звёзд рядом с чёрной дырой.
Помимо неожиданного обнаружения молодых звёзд и водяного льда при помощи JWST, исследователи также обнаружили, что у IRS13 бурная история образования. Результаты исследования позволяют предположить, что IRS13 мигрировал к сверхмассивной чёрной дыре под воздействием трения с межзвёздной средой, столкновений с другими звёздными кластерами или внутренних процессов. А затем этот звёздный кластер был притянут гравитацией чёрной дыры. В процессе также возникло уплотнённое образование на «вершине» кластера из-за пыли, окружающей кластер.
Ученые также опубликовали анимацию последовательности VLTI-изображений звезд вокруг черной дыры. Благодаря снимкам Рейнхард Генцель, директор Института внеземной физики Макса Планка MPE в Гархинге в Германии, смог провести наиболее точные измерения массы черной дыры , а также обнаружить ранее невидимую звезду рядом. Речь идет об объекте под названием S300.