«Sgr A* — вторая чёрная дыра, изображение которой удалось получить, первой является M87*, расположенная в центре галактики М 87», — говорится в сообщении.
Самая тяжелая черная дыра живет на заднем дворе Млечного Пути
Как нельзя лучше в качестве первого объекта наблюдений подошла сверхмассивная черная дыра галактики M87 в созвездии Девы. Черные дыры звездной массы — с массой от нескольких десятых до нескольких десятков Солнц — встречаются чаще всего. Наиболее масштабные черные дыры массой 2,5 млрд, 5,7 млрд и 66 млрд солнечных масс находятся соответственно в галактиках Лебедь А, M87 и TON-618.
Телескопы впервые сделали совместный снимок сверхмассивной черной дыры M87 и массивного джета
Ученые применили хитрую технику, которая позволяет достичь высокого углового разрешения телескопа — метод спекл-интерферометрии, рассказывает Черепащук: «Благодаря этому они смогли проследить за каждой звездой вблизи объекта, а там их несколько десятков. И смогли определить не только скорость, но и направления движения. А у двух звезд они даже померили орбиты. Получив эти параметры, вы можете определить массу центрального притягивающего объекта. Вот они это и сделали. Но в то же время они не доказали наличие горизонта событий у этого объекта.
Поэтому Нобелевский комитет и сформулировал так осторожно: «определение массы компактного объекта». Потому что формально наличие черной дыры в центре Млечного Пути не доказано». Над окончательным решением вопроса о черной дыре в центре галактики сейчас и трудится команда Event Horizon Telescope EHT , это глобальная сеть радиотелескопов, разбросанных по всей Земле. В апреле 2019 г.
Для получения изображений в течение нескольких ночей команде понадобилась сеть радиообсерваторий телескопа "Горизонт событий". Они разработали новые инструменты для получения изображений и использовали сочетание суперкомпьютерных мощностей для анализа и объединения данных и моделирования черных дыр, чтобы сравнить полученные результаты. Работа над проектом заняла пять лет, включая 100 миллионов часов работы на суперкомпьютере в Национальном научном фонде США.
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.
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.
Опубликованы 10 лет наблюдений за первой в истории сфотографированной черной дырой M87*
I never would have thought I could tweet those words. May not look like much but an amazing testament to the power of human ingenuity. Никогда бы не подумал, что смогу твитнуть эти слова. Это может показаться не таким уж серьезным, но это удивительное свидетельство силы человеческой изобретательности» — Лоуренс Краусс, физик, популяризатор науки. Что дальше? Плюс три телескопа к сети EHT, что улучшит разрешение изображения и позволит различить место присоединения джета к поверхности горизонта событий. Пока ученые следили за М87 всего четыре дня. По их словам, будь у них две недели, а еще лучше — два месяца, они бы сделали видео.
Однако они далеко не идентичны. Дыра в Млечном Пути более чем в 1000 раз меньше и менее массивна. Это затрудняет точную визуализацию газа, кружащегося вокруг дыры, поскольку он движется по орбите за считанные минуты, в то время как у М87 на это уходят дни или даже недели.
Массы таких чёрных дыр определялись по орбитальному движению звёзд, являющихся «донорами» вещества, с применением законов Кеплера. О малых радиусах таких объектов свидетельствовали наличие мощного рентгеновского излучения и его быстрая переменность. Сверхмассивные чёрные дыры обнаруживались путём исследований центральных областей ядер галактик. Ещё в 1950-х гг.
Амбарцумян обратил внимание на то, что в ядрах некоторых галактик происходят сложные нестационарные процессы. В 1-й половине 1990-х гг. Массы сверхмассивных чёрных дыр оценивались по движению «пробных тел» звёзд, газовых облаков, газовых дисков и т. Радиусы сверхмассивных чёрных дыр в ряде случаев удавалось оценить с применением наблюдательных методов высокого углового разрешения. В настоящее время общепринято, что в ядре практически каждой галактики существует сверхмассивная чёрная дыра. Кроме того, в ядрах многих галактик наблюдаются массивные звёздные скопления , которые в ряде случаев сосуществуют со сверхмассивной чёрной дырой. Методы определения масс сверхмассивных чёрных дыр Чтобы определить массу сверхмассивной чёрной дыры, достаточно знать скорость движения «пробного тела» в её окрестностях и расстояние от этого тела до чёрной дыры.
Это максимально скрученное пространство-время, и многие эффекты становятся более заметны вблизи черных дыр. Начинают появляться принципиально новые физические феномены. Визуализация черной дыры Фото: NASA В теории гравитации стремятся подобраться как можно ближе к этим экстремальным объектам. Поэтому, говорит Сергей, изучение поведения вещества в окрестности черных дыр — очень интересная штука. Как обнаружить черную дыру В конце своей жизни массивные звезды могут превращаться в черные дыры. И на этапе, когда только пытались найти первые черные дыры, возник вопрос: как их можно обнаружить.
Первая идея была такой: звезды, особенно массивные, нередко рождаются парами. Одна из таких звезд превращается в черную дыру, и мы перестаем ее видеть. При этом она продолжает существовать. Предполагалось, что мы сможем увидеть вращение соседней звезды вокруг этого невидимого объекта, при помощи вычислений измерить его массу и обнаружить, что в этом месте находится черная дыра. Сергей Попов рассказывает, что исторически это был первый предложенный способ поиска. С 60-х годов ученые пытались искать их по такому методу, но ничего не обнаружили.
Последние пару лет стали появляться возможные кандидаты на звание черных дыр, но ученые пока не уверены, что в паре с обычными звездами находятся именно они. Визуализация черной дыры Фото: NASA Если опять обратиться к черной дыре, которая соседствует со звездой, то вещество с обычной звезды может перетекать в дыру. Черная дыра своей гравитацией будет засасывать это вещество. Если представить, что в нее одновременно кинули два камня, они могут столкнуться над горизонтом на скорости почти равной скорости света. При таком столкновении выделится много энергии, которую можно заметить. Но в звездах не камни, а газ.
Когда разные слои газа трутся друг о друга, они нагреваются до миллионов градусов, и это тепло можно увидеть. С помощью такого способа в конце 60-х — начале 70-х годов, когда стали запускать первые рентгеновские детекторы в космос, открыли и первые черные дыры. Визуализация черной дыры рядом со звездой Фото: NASA В начале 60-х годов стало ясно, что есть яркие астрономические объекты — квазары. Дословно— «похожий на звезду радиоисточник». Это активные ядра галактик на начальном этапе развития, в центре которых находятся сверхмассивные черные дыры. Обнаружить их можно даже на очень отдаленных расстояниях.
В ходе изучения квазаров стало ясно, что это небольшой источник, который находится в центре далекой галактики и при этом испускает много энергии. Попов рассказывает, что когда ученые открывают квазар, они уверены, что там «сидит» сверхмассивная черная дыра. Сейчас это самый массовый способ открытия черных дыр.
Первое изображение сверхмассивной черной дыры в галактике M87
Черные дыры звездной массы — с массой от нескольких десятых до нескольких десятков Солнц — встречаются чаще всего. 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. Сфотографировать черную дыру удалось благодаря проекту Event Horizon, который с 2012 года занимается этими загадочными объектами. Астрономы впервые получили прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры в центре галактики М 87 и ее тени. по мере приближения к черной дыре, время относительно земного, будет замедляться. Т.е. падающий в ЧД космонавт будет двигаться все медленнее, а у границы горизонта событий вообще как бы замрёт.
Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары
Это сверхмассивная черная дыра, масса которой в шесть миллиардов раз превышает массу нашей звезды. Однако не только этим М87 привлекла внимание ученых. Больше всего их заинтриговала плазма, которая струей изливается из самого центра черной дыры. По первым предположениям, это неизвестное вещество, которое по каким-то причинам не попадает за горизонт событий. Черная дыра, согласно наблюдениям, вращается и работает в качестве ускорителя частиц, выбрасывая их в космос. Таким образом можно сказать, что этот гигант работает как маяк для наблюдателей Вселенной. Event Horizon Telescope, как вы уже знаете, не совсем телескоп. Это целый проект, в котором задействованы целых 8 мощнейших телескопов и другого оборудования, а также сотни ученых по всему миру.
Все наблюдения они провели всего за неделю еще два года назад. Восемь телескопов вместе собирали огромные объемы данных, чтобы в итоге собрать эту фотографию. Почему так?
Первое более-менее однородное по яркости, а вот второе отражает реальное движение вещества вокруг черной дыры, поэтому распределение яркости в кольце может меняться со временем. Теперь мы смогли увидеть это напрямую, хотя указания на такие перемещения были и в более ранних данных, до EHT. Что еще можно увидеть в интерферометр?
А значит, мы можем рассмотреть линейную и круговую поляризацию излучения. Линейная поляризация скажет, какова конфигурация и напряженность магнитного поля в аккреционном диске, а круговая поможет различить фотонное кольцо на фоне остального излучения. Пока данные 2018 года проходили первичную обработку, мы выжали все из показаний 2017-го. В частности, узнали, что магнитное поле должно пронизывать аккреционный диск насквозь, а увлечение системы отсчета вращающейся черной дырой в М87 — его закручивать. Именно такие условия нужны для запуска черной дырой релятивистского джета. Хотя поле там оказалось на удивление маленьким: от 1 до 30 Гаусс, — меньше, чем у магнита на холодильнике.
В некоторых квазарах магнитные поля в тысячу раз сильнее. Еще мы поняли, что с круговой поляризацией работать и работать. Синхротронное излучение в ней выглядит в 100—1000 раз слабее, чем в неполяризованном свете. А реальный сигнал сложно выделить на фоне инструментальных помех. Поэтому нам нужно больше чувствительных телескопов. Ученые просто подтвердили результат?
Непросто, но да. Неужели осталось еще что-то не открытое? О, да! По теням черных дыр у EHT три большие задачи: 1. Получить видео тени черной дыры. Понаблюдать больше черных дыр: все они меньше и дальше, поэтому сложно их разглядеть.
Зарегистрировать, наконец, джет в М87. Мне особенно интересно последнее. На самом деле, уже есть изображение тени черной дыры вместе с джетом в М87. Здесь кольцо больше по диаметру, и пока непонятно, почему, ведь фотонные кольца ахроматические: их размер не зависит от частоты излучения и определяется только массой черной дыры. Скорее всего при 86 гигагерцах детектируется внешнее вещество аккреционного диска и не определяется внутреннее, ближайшее к черной дыре. Поэтому диаметр кольца получается больше.
А на высоких частотах диск видно вплоть до границы тени черной дыры, но не видно на больших удалениях, где для высоких частот излучение уже слишком слабое.
Спитцера, черная дыра не разрешается. Она окружена падающим на нее веществом, которое дает энергию релятивистским джетам, выбрасываемым из центра активной галактики M87. Полученное Телескопом горизонта событий изображение М87 было переобработано, чтобы показать более четкий вид знаменитой сверхмассивной черной дыры.
Это изображение позволяет ученым лучше понимать физические процессы, происходящие вокруг черной дыры, и может привести к новым открытиям в области астрофизики. Это может привести к новым открытиям в области астрофизики и помочь нам лучше понять эволюцию галактик и вселенной в целом".
Посмотрите на сверхмассивную черную дыру в центре Млечного пути Ждем еще снимков Ученые и раньше получали изображения черных дыр, но теперь им удалось сделать снимок самой важной из них - той, что находится в центре галактики Млечный Путь. Снимок подтверждает присутствие черной дыры и дает больше подробностей о том, как работают эти экстремальные космические объекты. Однако они далеко не идентичны.
Дыра на месте
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. Первое научно обоснованное изображение черной дыры получил французский астрофизик Жан-Пьер Люмине в 1979 году. Однако непосредственных наблюдений черных дыр до сих пор не существовало - черные дыры невелики, но при этом сильно удалены.
Тень черной дыры возникает в результате сильного гравитационного поля, создающего область, которую свет не может покинуть. Вместе с тем это же поле создает гравитационную линзу, которая искривляет и усиливает проходящий мимо свет, что создает светящееся кольцо. Это кольцо видно независимо от угла, под которым наблюдается черная дыра. Все вместе они действуют как один телескоп диаметром десять тысяч километров.
Однако не только этим М87 привлекла внимание ученых. Больше всего их заинтриговала плазма, которая струей изливается из самого центра черной дыры. По первым предположениям, это неизвестное вещество, которое по каким-то причинам не попадает за горизонт событий. Черная дыра, согласно наблюдениям, вращается и работает в качестве ускорителя частиц, выбрасывая их в космос. Таким образом можно сказать, что этот гигант работает как маяк для наблюдателей Вселенной. Event Horizon Telescope, как вы уже знаете, не совсем телескоп. Это целый проект, в котором задействованы целых 8 мощнейших телескопов и другого оборудования, а также сотни ученых по всему миру. Все наблюдения они провели всего за неделю еще два года назад. Восемь телескопов вместе собирали огромные объемы данных, чтобы в итоге собрать эту фотографию. Почему так? Потому что ни один телескоп в мире не смог бы сделать эту фотографию самостоятельно.
Помимо этого простого случая, универсальность машинного обучения была продемонстрирована множеством способов: от создания произведений искусства в стиле эпохи Возрождения до завершения незавершенного произведения Бетховена. Так как же машины могут помочь ученым создать изображение черной дыры? Исследовательская группа ответила именно на этот вопрос. С помощью PRIMO компьютеры проанализировали более 30 000 высокоточных смоделированных изображений аккрецирующего газа черных дыр. Ансамбль симуляций охватывал широкий спектр моделей того, как черная дыра аккрецирует материю, и искал общие закономерности в структуре изображений. Различные модели структуры были отсортированы по тому, насколько часто они встречались в моделировании, а затем были смешаны, чтобы обеспечить высокоточное представление наблюдений EHT, одновременно обеспечивая высокую точность оценки отсутствующей структуры изображений. Команда подтвердила, что недавно визуализированное изображение согласуется с данными EHT и теоретическими ожиданиями, включая яркое кольцо излучения, которое, как ожидается, будет вызвано падением горячего газа в черную дыру. Создание изображения требовало принятия соответствующей формы недостающей информации, и PRIMO сделал это, опираясь на открытие 2019 года, согласно которому черная дыра M87 в общих чертах выглядела так, как предсказывалось.
Черную дыру M87 и ее массивный джет впервые в истории сфотографировали вместе
Но один раз — не факт. Факт — объективное и повторяющееся событие или феномен. И вот — снимок черной дыры, вернее горизонта событий вокруг нее, буквально у нас под боком, в центре Млечного Пути. Как выглядит наша черная дыра и чем отличается от М87? Однако ее размер для телескопов всего 52 миллионные доли угловой секунды. Здесь-то и пригодился Event Horizon Telescope.
По сути, EHT — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам.
Эта чудовищная черная дыра действительно вращается». Черные дыры обладают настолько мощным гравитационным притяжением, что ничто даже свет не может покинуть их пасть, но это не значит, что их нельзя увидеть. Это связано с тем, что активные черные дыры окружены аккреционными дисками — огромными шлейфами материала, извлеченного из газовых облаков и звезд, нагретыми до раскаленных температур в результате трения по спирали в устьях черных дыр. Как струи черных дыр приобретают огромную энергию, необходимую для этого, остается загадкой, но физики использовали общую теорию относительности Эйнштейна, чтобы предположить, что материал мог бы получить ее из магнитных полей космических монстров, если бы они быстро вращались вокруг своих осей. Черные дыры, вероятно, приобрели часть своего вращения с первых дней своего существования в качестве звезд, которые, когда они внезапно схлопнулись внутрь, стали подобны фигуристам, которые тянут руки, чтобы вращаться быстрее. Со временем это вращение, вероятно, стало ускоряться из-за эффекта падения материи со звезд, разорванных черными дырами, или из-за катастрофических столкновений с другими массивными объектами.
Это открытие знаменует собой значительный прогресс в нашем понимании черных дыр. Сверхмассивные черные дыры, которые могут быть в миллиарды раз тяжелее Солнца, представляют собой серьезную проблему для ученых. Эти космические монстры поглощают все вокруг себя, включая свет, что делает практически невозможным сбор информации изнутри. Однако исследователи изучают различные свойства черных дыр, и одним из таких свойств является их вращение. До сих пор прямых наблюдений спина черных дыр не проводилось из-за трудностей, связанных с этим. Для поиска доказательств вращения черной дыры международная группа ученых проанализировала данные наблюдений за галактикой M87 за два десятилетия.
Хотя в GS-9209 примерно столько же звезд, сколько в нашей родной галактике, с общей массой, равной 40 миллиардам солнц, она составляет лишь одну десятую размера Млечного Пути. По словам исследователей, это самый ранний известный пример галактики, в которой перестали формироваться звезды. Сверхмассивные черные дыры могут остановить звездообразование, потому что их рост высвобождает огромное количество высокоэнергетического излучения, которое может нагревать галактики и вытеснять газ из них. Галактикам нужны огромные облака газа и пыли, чтобы коллапсировать под действием собственной гравитации, создавая тем самым новые звезды, пишет The Guardian.
Впервые получен снимок черной дыры, испускающей мощный джет
В отличие от М87, вокруг Стрельца А* газ вращается на околосветовых скоростях, что приводит к разнице между любыми двумя фото тени черной дыры. Чёрная дыра M87 почти не двигается в течение недели наблюдения, но Стрелец A* меняет свой вид каждые пять минут. Задача специалистов состояла в том, чтобы отделить то, что меняется, от того, что остается неизменным, — и таким образом очертить структуру, лежащую в основе. Первый снимок черной дыры в галактике М87 позволил измерить видимый диаметр ее кольца — 42 микросекунд дуги.
Производят звук и не всасывают объекты: что мы знаем о черных дырах
Сравнение двух снимков сверхмассивной чёрной дыры в центре М 87, сделанных в 2017 и 2018 годах. Джет — струи плазмы, вырывающиеся из центра черной дыры. У М87 длина джета — около пяти тысяч световых лет. Первое фото чёрной дыры было получено в 2017 году — это была чёрная дыра в галактике М87, расположенной в 55 млн световых лет от Земли. На том снимке была замечена тень, закрывающая красную, обтекающую её раскалённую плазму. Когда на центральную сверхмассивную черную дыру галактики М 87 попадает материя, то начинается процесс высвобождения гигантского количества энергии, а окружающий газ разогревается до миллионов градусов.