Ученые использовали глобальную сеть телескопов, названную Event Horizon Telescope, для изучения сверхмассивной черной дыры, располагающейся в созвездии Стрельца на расстоянии 26 тысяч световых лет от Земли. На снимке запечатлена сверхмассивная черная дыра М87, расположенная на расстоянии в 55 миллионов световых лет от Земли. Изображение центральной черной дыры М87, обрамленной аморфным светящимся кольцом, попало в топы практически всех новостных агентств в апреле 2019 года.
Астрономам удалось сфотографировать магнитные поля черной дыры в М87
Особенно яркие джеты, направленные на нас, видны на огромных расстояниях и служат маяками для построения системы координат. Ваш телефон уже не раз определял по ним свое местоположение на поверхности Земли. И если мы, например, хотим сделать геолокацию еще более филигранной, нужно понять физику релятивистских джетов. А для этого — разобраться, как же черные дыры их запускают. Его угловое разрешение зависит не от размера отдельных телескопов, а от расстояния между ними. Система «видит» не изображение источников на небе, а их пространственный спектр. Каждая пара соседних телескопов определяет на небе крупные детали, а пара наиболее отдаленных — самые мелкие. Наложение этих наблюдений дает изображение.
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.
Согласно этой теории, силовые линии магнитного поля действуют как синхротрон, который ускоряет материал, прежде чем запустить его с огромной скоростью. Наши результаты помогут рассчитать количество переносимой энергии и влияние, которое струи черной дыры оказывают на окружающую среду».
Руководитель проекта Шеп Доулман заявил, что полученное изображение черной дыры подтверждает существование горизонта событий — то есть правильность общей теории относительности Эйнштейна. Самым известным в массовой культуре изображением черной дыры стал Гаргантюа в фильме «Интерстеллар». И пользователи неоднократно заметили, что снимок и кадр из фильма частично сходятся. Но для кого-то первое изображение черной дыры — величайшее открытие, а для кого-то… Вообще, любители науки с интересом восприняли сообщение о первой фотографии черной дыры, хотя и успели друг с другом поспорить о том, что объект на самом деле нельзя сфотографировать. Потом начались диванные баталии о том, что ученые получили фотографии аккреционного диска, а затемнение в центре и есть горизонт событий, откуда не исходит и не отражается свет. Но некоторых пользователей все равно не удалось убедить, что открытие важно. Зажгите свечку Сотрудник отдела релятивистской астрофизики Астрономического института имени Штернберга Константин Постнов объяснил «360», почему черная дыра, которая не позволяет свету выйти, все равно светится. Она не светится. Светится вещество вокруг нее. Свечка у вас есть, зажгите. Почему горит? Потому что там идет химическая реакция и частички, которые там вылетают, они горячие. Чем горячее, тем белее свет. То же самое и там. Когда газ падает вокруг черной дыры, он из-за трения нагревается до высоких температур и светится, как любое раскаленное тело Константин Постнов. Астрофизик отметил, что светятся плазма и газ, которые нагреты до огромных температур в окрестностях черной дыры. Постнов объяснил, что черная дыра — это очень глубокая «потенциальная яма», компактный объект с большой массой.
Но в итоге научная журналистка Энн Юинг предложила такой термин. Визуализация черной дыры Фото: NASA Сергей рассказывает, что в науке часто приживается какое-то словосочетание именно благодаря тому, что оно удобное. Дыра — потому что, если что-то туда попало, то не может выбраться назад. А черная — потому, что сам по себе этот объект ничего или практически ничего не излучает. Если представить пустую Вселенную, черный космос, и поместить там черную дыру, то ее невозможно будет увидеть. Она ничем не выделяется на фоне этой черноты. Черные дыры как область пространства-времени Черные дыры еще определяют как область пространства-времени. Сергей Попов объясняет, что все современные теории гравитации — теории геометрические. В них гравитация описывается как свойство пространства и времени. Имеется в виду, что между пространством и временем можно составить уравнение, это взаимосвязанные величины. С начала ХХ века, с первых работ Эйнштейна по теории относительности, пространство и время объединены в некоторую сущность. Любые тела, не только массивные, но и самые маленькие, искривляют пространство вокруг себя и одновременно влияют на ход времени. Современные измерения позволяют определить, что в одном месте время идет не так, как в другом. Можно провести эксперимент и обнаружить эту разницу. Визуализация черной дыры Фото: NASA Черная дыра — это экстремальный способ воздействия на пространство — когда в одном месте собрали так много вещества или энергии, что пространство-время свернулись и образовали специфическую область. Можно говорить, что черная дыра — это объект, но с бытовой точки зрения объект — это что-то имеющее поверхность. Если идти по абсолютно темной комнате, можно наткнуться на стол, это будет объект с началом в конкретной точке. Если в абсолютно темной комнате или с завязанными глазами попасть в черную дыру, невозможно заметить ее границу. Потому что нет никакой твердой поверхности, человек сразу окажется внутри этой области. Сергей сравнивает такой переход с государственными или областными границами. Если идти по лесу из одной страны в другую, то без указателей и карт невозможно заметить, в какой точке кончается одно государство и начинается другое. Лес в Финляндии ничем не отличается от леса в России, и нет никакой четкой границы, на которую можно наткнуться. И черная дыра — это такая область, где масса свернула пространство-время, и в итоге никакие предметы не могут ее покинуть, как только пересекут границу. Все, что туда попало, навсегда останется за горизонтом. Черные дыры интересны в первую очередь как экстремальные объекты. Это максимально скрученное пространство-время, и многие эффекты становятся более заметны вблизи черных дыр. Начинают появляться принципиально новые физические феномены.
Ученые впервые показали реальное фото черной дыры
Изображение было получено международной исследовательской группой — Коллаборацией «Телескоп Горизонта Событий» «Event Horizon Telescope» EHT , которая выполнила наблюдения объекта при помощи глобальной сети радиотелескопов. В 2019 году астрономы проекта EHT уже представили первую в истории наблюдений фотографию черной дыры, а точнее ее тени, отбрасываемой на светящийся диск из перегретого газа и пыли. Знаменитый гравитационный монстр проживает в сверхгигансткой эллиптической галактике Messier 87 в 54 миллионах световых лет от нас в направлении созвездия Девы. Достигнуть успеха удалось благодаря объединению восьми радиообсерваторий по всей планете в один виртуальный телескоп «размером с Землю».
Хоть мы и не можем видеть чёрную дыру, так как она действительно абсолютно чёрная, её выдаёт окружающий её светящийся газ: мы наблюдаем тёмную центральную область называемую тенью , окружённую яркой кольцеобразной структурой.
Эти туманности являются остатками галактики среднего размера, которая поглощалась M 87 в течение последних миллиардов лет. Характерные свойства спектра планетарных туманностей также позволили астрономам обнаружить стропилообразную структуру в гало М 87, что свидетельствует о продолжающемся росте этой гигантской галактики.
Это один из самых массивных объектов, известных науке. Она считалась самым массивным объектом такого рода, пока её рекорд не побили сверхмассивные чёрные дыры в галактиках NGC 3842 и NGC 4889 с массами в 9,7 и 27 млрд масс Солнца. Вокруг чёрной дыры вращается диск из ионизованного газа , из которого с релятивистской скоростью почти перпендикулярно вырывается джет.
Масса газа, падающего в чёрную дыру, достигает примерно одной массы Солнца каждые 10 лет. Наблюдения показали, что, возможно, сверхмассивная чёрная дыра находится не в центре М 87, а в стороне от него, на расстоянии 82 световых лет. Основанием для этого предположения стало противоположное направление одностороннего джета, это может означать, что чёрная дыра была смещена из центра этим самым джетом.
По другой гипотезе, причиной смещения джета стал процесс слияния с другой сверхмассивной чёрной дырой.
Изображение взято с: Pixabay В рамках научной работы эксперты проанализировали поведение черной дыры. Согласно результатам, объект вырабатывает разные формы излучения. Ученым удалось определить, на каких участках появляются радио- и гаммаизлучения — они провоцируют джеты струи плазмы, вырывающиеся из центров ядер М87. По словам астрофизиков, они сумели зафиксировать тень, пролегающую от черной дыры. Исследование говорит о наличии разных мест появления излучения и радиоволн.
Результаты наблюдений станут важным этапом в объяснении природы происхождения высокоэнергетических джетов — струйных выбросов из ядра галактики M87, расположенной на расстоянии в 55 миллионов световых лет от Земли. По заявлению астрономов EHT в руки ученых попал очередной факт способный пролить свет на поведение магнитных полей в непосредственной близости от черной дыры и приоткрыть завесу тайны «…формирования мощнейших джетов, выходящих далеко за пределы галактики» на 5000 световых лет от ее центра. Черные дыры являются одними из самых ярких объектов во Вселенной, что можно объяснить происходящими за пределами горизонта событий процессами гравитационного поглощения аккреционным диском огромных масс материи.
Весь этот процесс сопровождается излучением перпендикулярно оси черной дыры джетов, которые излучают световой поток, превышающий свет, исходящий от самого диска. Яркие джеты — струи энергии и вещества, истекающие из ядра галактики M87 и простирающиеся как минимум на 5000 световых лет от центра галактики. Результаты исследований базируются на наблюдениях проведенных в апреле 2017 года. В ходе исследований было выявлено, что излучение темно-оранжевого цвета проникает через магнитное поле, окружающее диск черной дыры. Границы поля можно достаточно точно измерить и нанести на карту.
Дыра на месте
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. 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. О сервисе Прессе Авторские права Связаться с нами Авторам Рекламодателям Разработчикам. Изображение центральной черной дыры М87, обрамленной аморфным светящимся кольцом, попало в топы практически всех новостных агентств в апреле 2019 года. 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. Гигантская галактика М87 в созвездии Девы, находящаяся на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли, привлекает астрофизиков относительной близостью и сверхмассивной чёрной дырой в её центре, которая в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца.
Впервые получен снимок черной дыры, испускающей мощный джет
Гигантская галактика М87 в созвездии Девы, находящаяся на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли, привлекает астрофизиков относительной близостью и сверхмассивной чёрной дырой в её центре, которая в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца. Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения. Черная дыра Галактики M87 испускает плазменную струю, которая распространяется во Вселенной до 5000 световых лет. Астрофизики МГУ определили массу черной дыры в центре галактики М87 по рентгеновским данным с помощью инновационного метода, статья опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics. Массивные галактики могут погибнуть из-за черных дыр, которые удаляют большое количество газа в результате взрывов и таким образом прекращают звездообразование, сообщает журнал Nature со ссылкой на исследование международной группы астрономов. Черные дыры производят звук. Когда черная дыра втягивает что-то, ее горизонт событий заряжает частицу близко к скорости света, производя звук.
Учёные опубликовали первый снимок чёрной дыры в центре нашей галактики
По оценкам астрономов, в Млечном Пути насчитывается от 10 миллионов до 1 миллиарда звездных черных дыр, масса которых примерно в три раза превышает массу Солнца. А недавно ученые получили первое изображение тени черной дыры в центре нашей галактики. В 1974 году Стивен Хокинг предположил, что черные дыры излучают небольшое количество фотонных частиц, что заставляет их постепенно терять массу и исчезать со временем. Этот процесс испарения называется «излучение Хокинга». Черные дыры не всасывают объекты: этот процесс запускается только в случае втягивания чего-либо в вакуум. Вместо этого объекты падают в них точно так же, как они падают на все, что обладает гравитацией, например, на Землю.
И последние, наверное, десять миллиардов лет там находятся только такие звёзды, которые и могли просуществовать столько времени до сегодняшнего дня: красные карлики, белые карлики, пульсары, чёрные дыры звёздных масс. Но вернёмся к центральной чудовищной чёрной дыре М 87. На знаменитой фотографии 2017 года её видно только благодаря тому, что она окружена нимбом притянутого ею и постепенно поглощаемого ею вещества. Оно называется аккреционным диском. По примерным подсчётам, каждые десять лет из него в эту чёрную дыру падает масса целого Солнца.
Вещество в нём расщеплено на элементарные частицы и носится в таком виде со скоростью почти тысяча километров в секунду. А физика процесса аккреции такова, что при этом от полюсов чёрной дыры, то есть перпендикулярно плоскости диска, вылетают мощнейшие струи того же притянутого вещества, так называемые релятивистские струи. И одна из этих струй из центра М 87 смотрит в нашу сторону — вот она. Релятивистская струя плазмы, идущая от сверхмассивной чёрной дыры в центре М 87. Астрономы сравнили знаменитую самую первую фотографию центра М 87 с той, которая была получена год спустя. Заметна достаточная разница.
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.
Используя систему из восьми наземных радиотелескопов, получившую название Телескоп горизонта событий, и новые алгоритмы обработки сигнала, астрономам удалось впервые в истории получить изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики М 87. Оно представляет собой кольцеобразную структуру с темной центральной областью. Революционные результаты наблюдений представлены в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters. Исследователи сравнили полученные результаты с обширной коллекцией компьютерных моделей, отражающих физические особенности искривленного пространства, нагретого до сверхвысоких температур вещества и сильных магнитных полей. Многие свойства полученного изображения неожиданно хорошо соответствуют теоретическим представлениям. Это дает уверенность в правильности интерпретации наблюдений, в том числе и оценок массы черной дыры. Галактика M 87 из скопления галактик в созвездии Девы была выбрана для наблюдений не случайно.
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. Сверхмассивная черная дыра активна, поглощает материал из горячего диска пыли и газа вокруг себя.
Черная дыра оказалась совсем маленькой
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. (Перенаправлено со сверхмассивной черной дыры M87*). 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. Однако наиболее интригующей целью проекта «Event Horizon Telescope», старт которому был дан в 2012 году, являлось получение снимка центральной сверхмассивной черной дыры Млечного Пути. 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. Черная дыра Галактики M87 испускает плазменную струю, которая распространяется во Вселенной до 5000 световых лет.
Первая настоящая фотография сверхмассивной черной дыры
Ученые, изучающие сверхмассивную черную дыру в центре галактики M87, раскрыли происхождение мощного джета и впервые сфотографировали и джет, и его источник вместе. Это рекорд Итак, пример черной дыры из Messier 87 был предложен для осмысления в качестве разминки. 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.