Научный коллектив астрономов интернационального проекта Event Horizon Telescope (EHT, Телескоп горизонта событий), который является автором первой в мире фотографии черной дыры в центре галактики Messier 87 (M87) в созвездии Девы.
Что показало самое первое изображение?
- Опубликованы многоволновые изображения черной дыры в галактике М87
- Что еще почитать
- Черные дыры как область пространства-времени
- Визуализирована структура джета Черной дыры
- Опубликован первый снимок гигантской черной дыры в Млечном Пути
- Подписка на дайджест
Сверхмассивная черная дыра в самой удаленной галактике удивила ученых
И все это размыто неидеальным угловым разрешением телескопа», — говорит Ковалев. А вот темное пятно в центре — это как то, что мы не видим. Все фотоны из этой области так и не смогли избежать свидания с чёрной дырой и провалились под горизонт событий. Сходство изображений из М87 и из центра нашей Галактики, вообще, — большой сюрприз. Почему-то ось вращения обеих черных дыр оказалась ориентирована почти одинаково — примерно в сторону нашей планеты. Почему оно не выглядит как сосиска, почему оно не выглядит как эллипс, почему оно почти круглое?
Почему мы не видим это кольцо с ребра, под углом? Он объясняет, что в случае с М87 это было ожидаемо: ученые знали, куда смотрит джет ее черной дыры. Там все было подобрано заранее. А тут нам повезло», — продолжает ученый. Что мы узнали?
В 2002 году группа Райнарда Генцеля и группа Андреа Гез по результатам 10 лет наблюдения движения звезд в окрестностях центра нашей Галактики выяснили, что там находится объект массой около четырех миллионов масс Солнца, в области размером около 10 миллиардов километров. Это стало почти неопровержимым доказательством присутствия там сверхмассивной черной дыры: астрофизики не знают другого способа уместить такую массу в такой маленький объем, да еще и так, чтобы этот объект ничего не излучал. Благодаря EHT астрономы смогли уточнить размеры этой области. Теперь мы понимаем, что тень черной дыры имеет примерно 60 миллионов километров в поперечнике, — это сравнимо с размерами орбиты Меркурия. 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.
EHT Collaboration Пути фотонов в окрестности черной дыры, объясняющие появление тени и кольцеобразной структуры вокруг неё. Nicolle R. Часто они порождают высокоскоростные струи плазмы — джеты, обладающие сильным излучением. Однако, когда черная дыра погружена в яркий диск светящегося газа, в месте её расположения должна быть видна темная область, напоминающая тень. Она образуется вследствие гравитационного искривления света и его захвата горизонтом событий. Это явление, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна, никогда раньше не наблюдалось. Область тени — максимально возможное приближение к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, который не выпускает из себя свет. Тень должна быть окружена световым кольцом, возникающим из-за того, что черная дыра работает подобно линзе.
Настоящая граница черной дыры — «горизонт событий» примерно в 2,5 раза меньше тени, которую он отбрасывает.
В 2017 году коллаборация EHT использовала сеть из семи телескопов по всему миру для сбора данных о M87, создав «телескоп размером с Землю». Однако, поскольку невозможно охватить телескопами всю поверхность Земли, в данных возникают пробелы, как недостающие части головоломки. Ширина кольца на изображении теперь меньше примерно в два раза, что будет сильным ограничением для наших теоретических моделей и тестов гравитации». PRIMO, что означает интерферометрическое моделирование с главными компонентами principal-component interferometric modeling , было разработано членами коллаборации EHT.
PRIMO опирается на dictionary learning, ветвь машинного обучения, которая позволяет компьютерам генерировать правила на основе больших наборов обучающих материалов. Например, если компьютер получает серию различных изображений яблок — при достаточном обучении — он может определить, является ли неизвестное изображение яблоком или нет. 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?
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. Мы нашли ошибки в их алгоритмах — это два. И в конце концов получили такое же кольцо по новым данным. Шах и мат.
В-четвертых, в 2018 году чувствительность EHT увеличилась в 1,5 раза благодаря более широкой полосе приема сигнала. А к наблюдениям подключился телескоп в Гренландии. При небольшом числе телескопов добавление одного увеличивает количество данных на целых 30 процентов. Правда, погода подвела, и поэтому в 2018 году качество данных получилось похожим на 2017-й. В-пятых, в 2017 году согласованное изображение получили тремя разными алгоритмами. А вот данные 2018 года обработали уже восемью, и все уверенно восстановили кольцевую структуру с одинаковым размером и распределением яркости.
Напомню, интерферометр измеряет амплитуду и фазу пространственных частот, и для получения изображения еще надо сильно постараться. Современные астрономические данные — это на 20 процентов наблюдения и на 80 процентов математика. Что получилось? Мы ожидали, что две характеристики изображения останутся неизменными: диаметр кольца и его неоднородная яркость. Это бы согласовалось с общей теорией относительности и подтвердило качество наблюдений и анализа. Так и вышло.
Ведь если ОТО работает, то диаметр кольца зависит от расстояния до Земли и массы черной дыры, которую за один год значимо не изменишь. Расстояние же практически постоянно на таком промежутке времени. Гипотеза подтвердилась: размер кольца в 2018 году, 45 микросекунд, не отличается от предыдущего измерения с учетом погрешности. И яркость нового кольца такая же неоднородная — это связано с вращением вещества вокруг черной дыры: остановить его или существенно замедлить не получится. Но что могло — то поменялось. В частности, самая яркая часть кольца за год переместилась на 30 градусов против часовой стрелки.
Излучение вокруг черной дыры, которое и видно на картинке, складывается из тонкого фотонного кольца и более размытого гравитационно-линзированного излучения. 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.
Самая тяжелая черная дыра живет на заднем дворе Млечного Пути
По данным, полученным от орбитального рентгеновского телескопа НАСА Chandra, внутри M87 находится сверхмассивная черная дыра, обладающая феноменальной активностью. (Перенаправлено со сверхмассивной черной дыры M87*). 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. Сверхмассивные чёрные дыры, чёрные дыры массой 106–1010 масс Солнца. К настоящему моменту получены убедительные доказательства существования.
Методы определения масс сверхмассивных чёрных дыр
- Содержание
- Черные дыры как область пространства-времени
- Получено новое изображение черной дыры M87* - ВФокусе
- Первый снимок черной дыры | Наука и жизнь
- Что на самом деле показали ученые?
Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары
Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения. Наблюдаемый от черной дыры M87* свет был поляризован местами на 30%, что означает достаточно сильное и структурированное магнитное поле (рис. 6). Сверхмассивная черная дыра M87*, ставшая мировой сенсацией в 2019 году, когда она впервые была сфотографирована, вновь обратила на себя внимание мирового научного сообщества. Если пончик в руках исследовательницы, представившей открытие, сопоставить по размеру с нашей чёрной дырой, то чёрная дыра галактики M87 будут размером со спортивный стадион. сверхмассиваная черная дыра Стрелец А* в центре нашей галактики Млечный путь и черная дыра еще больших размеров, спрятанная в центре сверхгигантской эллиптической галактики Messier 87 (М87) в созвездии Девы. Гигантская галактика М87 в созвездии Девы, находящаяся на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли, привлекает астрофизиков относительной близостью и сверхмассивной черной дырой в ее центре, которая в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца.
Астрономы получили новый взгляд на черную дыру M87
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. Сверхмассивная черная дыра в центре галактики M87 находится в 55 миллионах световых лет от Земли. Как выглядит наша черная дыра и чем отличается от М87? Лишь недавно ученые обнаружили в рамках обзора неба AllBRICQS, что J0529 4351 представляет собой сверхмассивную черную дыру в далекой древней галактике. Новые наблюдения галактики M87 показывают, как вокруг чудовищной черной дыры формируется мощный джет.
Опубликован первый в истории снимок черной дыры
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. Сейчас активно развиваются сети глобального позиционирования — спутниковая система навигации, которая обеспечивает измерение расстояния и определяет местоположение объектов во всемирной системе координат. Они основаны на мониторинге звёзд, которые постоянно движутся и не находятся в одном положении. Таким образом, эта система не очень стабильна, и в настоящее время активно продвигается идея использовать в её работе далёкие квазары — те же самые активные ядра, у которых струя направлена фактически на нас, что делает их самыми яркими точками для Земли. В отличие от звёзд, их положение стабильно. Но из-за того, что струя неоднородна, что мы ещё раз доказали в исследовании, может возникнуть смещение объекта на небе, что сказывается на точности системы.
В связи с этим детальное изучение квазаров и джетов позволяет выполнять необходимую коррекцию и восстанавливать абсолютное положение объектов», — подытожила Евгения Кравченко. Учёным ещё предстоит ответить на множество вопросов, например какова структура диска и каково точное значение вращения сверхмассивной чёрной дыры M87.
Чтобы измерить массу черной дыры, группа астрономов под руководством Карла Гебхардта из университета Техаса в Остине решила точно измерить скорости движения звезд в непосредственной близости от самой дыры.
Объектом исследования стали звезды, вращающиеся в пределах двух световых лет от центра. Для этого ученые использовали 8-метровый телескоп Gemini на Гавайских островах и инфракрасный спектрограф, позволяющий измерять скорости по допплеровскому сдвигу линий в спектрах звезд. Параллельно с этими измерениями студент Джереми Мерфи использовал другой инструмент, из обсерватории Западного Техаса, чтобы исследовать внешние области галактики — так называемое темное гало.
Эта область пространства простирается в десятки раз дальше видимой границы галактики и заполнена темной материей, составляющей большую часть ее массы. Ученые давно поняли, что галактики состоят далеко не только из того вещества, которое можно наблюдать в телескоп в различных диапазонах волн. Если бы это было так, то скорость вращения звезд по мере удаления от центра галактик падала бы.
Однако оптические и радионаблюдения показывают, что в большинстве случаев скорости вращения звезд и газа почти не зависят от расстояния до центра, а иногда даже возрастают к краю.
Для поиска доказательств вращения черной дыры международная группа ученых проанализировала данные наблюдений за галактикой M87 за два десятилетия. В этой галактике, расположенной на расстоянии 55 млн. Это та самая черная дыра, которая привлекла внимание мировой общественности первым в истории изображением тени черной дыры, полученным телескопом Event Horizon в 2019 году. Известно, что черная дыра M87 имеет аккреционный диск, подающий в нее вещество, и джет, выбрасывающий вещество со скоростями, близкими к скорости света. В исследовании приняли участие более 20 радиотелескопов со всего мира.
Анализ показал, что гравитационное взаимодействие между аккреционным диском и вращением черной дыры приводит к колебаниям основания струи, или прецессии, подобно тому, как Земля прецессирует под действием гравитационных взаимодействий в Солнечной системе.
CC BY 4. Например, в 2020 г.
Лауреаты этой премии профессора Р. Генцель и А. Гез , наблюдая центр Галактики в инфракрасном диапазоне и применяя современные методы повышения углового разрешения телескопа, построили орбиту движения звезды S2 вокруг центральной сверхмассивной чёрной дыры рис.
Эта звезда принадлежит звёздному скоплению, окружающему центральную чёрную дыру. Применив 3-й закон Кеплера , авторы дали наиболее надёжную и убедительную оценку массы сверхмассивной чёрной дыры в ядре нашей Галактики — около 4 млн масс Солнца. Метод разрешённой кинематики применим к наиболее близким галактикам, для которых угловое разрешение современных телескопов достаточно велико, чтобы увидеть индивидуальные «пробные тела» вблизи центральной сверхмассивной чёрной дыры.
Для далёких галактик применяется метод эхокартирования, в котором расстояние «пробного тела» от чёрной дыры и его скорость оцениваются опосредованно. Если ядро галактики является активным и в его оптическом спектре наблюдаются мощные и широкие линии излучения водорода, гелия и других элементов, то измеряя время запаздывания переменности эмиссионных линий относительно переменности непрерывного спектра, можно оценить характерное расстояние от чёрной дыры газовых облаков, излучающих в линиях. Поскольку большая ширина эмиссионных линий в спектре активного ядра галактики вызвана движениями многих газовых облаков и эффектом Доплера , измеряя ширину линий, можно оценить характерную скорость движения газовых облаков вблизи центральной чёрной дыры.
Свежие комментарии
- Год из жизни сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87 | Пикабу
- 28.04.2023. - Сверхмассивную черную дыру в M87 сфотографировали
- Что еще почитать
- В удаленной галактике M87 найдена очень мощная черная дыра
Опубликованы многоволновые изображения черной дыры в галактике М87
По словам астрономов, это смещение является результатом турбулентного потока материи вокруг черной дыры. Световое кольцо осталось того же размера, что предсказывалось общей теорией относительности. 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.
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. Чтобы найти ключ к разгадке этого неуловимого вращения, астрономы обратились к сверхмассивной черной дыре M87, которая использует свою массу в 6,5 миллиардов раз больше солнечной для закрепления целой галактики. Изучая M87 с помощью глобальной сети радиотелескопов с 2000 по 2022 год, астрономы обнаружили, что струи черной дыры тикают взад и вперед, как метрономы, отмечающие 11-летний цикл.
Это показало, что черная дыра прецессировала или раскачивалась вокруг своей оси во время вращения, подобно волчку. Помимо еще одного подтверждения теории Эйнштейна, открытие вращения черной дыры порождает ряд интересных вопросов.
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. Как сама черная дыра, так и вещество вокруг могут вращаться», — говорит Моника Мощибродская Monika Moscibrodzka.
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. Чтобы найти ключ к разгадке этого неуловимого вращения, астрономы обратились к сверхмассивной черной дыре M87, которая использует свою массу в 6,5 миллиардов раз больше солнечной для закрепления целой галактики.
Ученые: «чудовищная» черная дыра M87 вращается!
Для создания полной картины требовались все телескопы. Чувствительность 100-метровой поверхности GBT позволила астрономам увидеть как крупные, так и мелкие части кольца и увидеть более мелкие детали. Изменяя длину волны наблюдения с 1,3 до 3,5 миллиметров, мы смогли увидеть больше аккреционного диска, а теперь и джет. Мало того, что части черной дыры больше, чем ранее обнаруженные наблюдения с более короткими длинами волн, но теперь можно подтвердить происхождение джета. Он родился из энергии, создаваемой магнитными полями, окружающими вращающееся ядро черной дыры, и ветрами, поднимающимися от аккреционного диска черной дыры.
В гавайской мифологии По обозначает «необъятную пустоту».
Оно описывается как «черная воронка». В четверг астрофизики из проекта Event Horizon Telescope впервые продемонстрировали изображение черной дыры в галактике M87 в созвездии Девы. Снимок сделали с помощью сети из восьми длинноволновых радиотелескопов в разных точках планеты, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе.
Об этом сообщает ESO.
Предположения о существовании в этом месте черной дыры появились еще в конце прошлого века. Тогда астрономы заметили странное движение звезд вокруг объекта.
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. Новостью активно стали делиться популяризаторы науки, но шутки про первую запечатленную черную дыру уже ушли в народ, и М87 тут же стала мемом.
Производят звук и не всасывают объекты: что мы знаем о черных дырах
поэтому они выглядит так похоже. Однако они далеко не идентичны. Эта черная дыра называется Мессье 87 или Дева А, она находится на расстоянии около 53 миллионов световых лет от Земли. Масса Мессье 87 превышает массу Солнца в шесть с половиной миллиардов раз. Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет.