Получено первое в истории изображение черной дыры в центре Млечного Пути

Четыре с половиной миллиарда лет назад наша бледно-голубая точка родилась в обломках, оставшихся после рождения звезды. С тех пор мы находимся в космическом танце: Земля кружится вокруг Солнца, а Солнце кружится вокруг галактического центра - темного, таинственного сердца Млечного Пути.

В этом темном сердце, вокруг которого вращается вся галактика, находится сверхмассивная черная дыра под названием Стрелец А*, масса которой примерно в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца. Мы смогли сделать вывод о ее присутствии и измерить его по движению объектов вокруг нее, но никогда не видели сам объект.

Никогда, то есть до сих пор.

Изображение в верхней части экрана - похожее на великолепный размытый оранжевый пончик - это пыль вокруг и тень самой Sgr A*, впервые увиденные человечеством благодаря упорной работе коллаборации Event Horizon Telescope.

"Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна", - сказал научный сотрудник проекта EHT Джеффри Боуэр из Академии Синика в Тайбэе.

"Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в самом центре нашей галактики, и дают новое представление о том, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением".

Это достижение появилось через три года после того, как коллаборация опубликовала первое в истории изображение тени черной дыры - сверхмассивной черной дыры M87*, масса которой в 6,5 миллиардов раз превышает массу Солнца, в центре галактики, удаленной от нас на 55 миллионов световых лет.

Sgr A* находится значительно ближе к нам, на расстоянии около 25 800 световых лет. Но эти две черные дыры представляют совершенно разные задачи.

Попытка изобразить черную дыру - это попытка изобразить невидимое. Черные дыры не испускают никакого излучения, которое мы могли бы обнаружить. Они настолько плотные, что после определенной точки, известной как горизонт событий, даже свет, самая быстрая вещь во Вселенной, не может достичь скорости убегания от их гравитационного притяжения.

M87* - это то, что мы называем активным галактическим ядром. Это означает, что оно питается - окружено огромным диском из пыли и газа, который втягивается в черную дыру. Безумное трение и гравитация нагревают этот материал, так что он ярко светится. Именно это мы и видим на фотографии M87*, где тень черной дыры находится в центре светящегося материала.

Стрелец А* может быть ближе... но он не настолько активен. На самом деле, если бы Sgr A* была человеком, она бы потребляла только эквивалент рисового зерна каждые миллион лет.

Более того, галактический центр Млечного Пути покрыт пылью, которая скрывает большую часть того, что в нем содержится.

Ранее ученые уже обнаружили облако газа на орбите Sgr A*, аккреционный диск самой черной дыры, но оно относительно холодное и светится гораздо слабее. Кроме того, поскольку черная дыра меньше, орбитальный период диска меньше, что означает, что свет меняется в очень быстрых временных масштабах.

"Газ в окрестностях черных дыр движется с одинаковой скоростью - почти так же быстро, как свет - вокруг Sgr A* и M87*", - говорит астроном Чи-Кван ("CK") Чан из Аризонского университета.

"Но там, где газу требуется от нескольких дней до нескольких недель для обращения вокруг крупной M87*, в гораздо меньшей Sgr A* он проходит орбиту за считанные минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро менялась во время наблюдений коллаборации EHT - это похоже на попытку сделать четкий снимок щенка, быстро бегущего за своим хвостом".

Внутри что-то ярко светится в радиоволнах - это Sgr A*, но нам никогда не удавалось получить ее детальное изображение.

Чтобы преодолеть эти трудности, телескоп "Горизонт событий" объединил восемь телескопов со всего мира, которые работали вместе в телескопе размером с Землю с впечатляющим разрешением.

Во время наблюдательной кампании в 2017 году было сделано большое количество снимков, в результате чего было получено шесть терабайт данных. Эти данные необходимо было обработать и проанализировать - процесс, который занял годы, и разработать новые алгоритмы, чтобы компенсировать быструю изменчивость.

Выше: Сотрудничество EHT создало первое в истории изображение (верхний кадр) Sgr A* путем усреднения тысяч изображений, созданных с помощью различных вычислительных методов - все они точно соответствуют данным EHT. Это усредненное изображение сохраняет особенности, которые чаще всего встречаются на различных изображениях, и подавляет особенности, которые появляются редко.

Изображения были сгруппированы в четыре класса на основе сходных признаков, которые вы можете видеть в нижней части изображения выше. Гистограммы показывают относительное количество изображений, принадлежащих к каждому кластеру.

Ученые еще некоторое время будут пережевывать эти невероятные результаты.

Сверхмассивные черные дыры - это космическая загадка. Мы не знаем, как им удалось стать такими большими - Sgr A* на самом деле довольно крошечная для одной из этих бегемотов - или как они вообще образовались на заре времен. Тем не менее, они являются основными движущими силами эволюции космоса. Вокруг них вращаются целые галактики; они управляют звездообразованием даже за пределами своих собственных галактик.

Сверхмассивные черные дыры, которые мы обычно изучаем, активны, как M87*. Это связано с тем, что материал в пространстве вокруг них излучает свет, а магнитные поля черных дыр могут разгонять джеты в межгалактическое пространство, что может рассказать нам о самой черной дыре.

Спокойствие Sgr A*, возможно, делает ее более сложной для изображения, но именно эта характеристика делает ее необычным объектом для изучения. Поскольку она не пылает светом, как более активные черные дыры, мы сможем увидеть окружающую ее среду немного более четко, что, в свою очередь, даст нам возможность лучше понять физику горизонта событий.

Это может помочь нам понять всевозможные загадки черных дыр, например, как происходит аккреция, как запускаются джеты, и даже точно ли общая теория относительности описывает экстремальное пространство-время в окрестностях черной дыры.

Удивительно, но две черные дыры выглядят очень похожими. Это, по словам исследователей, означает, что мы можем сделать определенные выводы о черных дырах.

"У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр, но вблизи края этих черных дыр они выглядят удивительно похожими", - говорит астроном Сера Маркофф из Научного совета EHT при Амстердамском университете в Нидерландах.

"Это говорит нам о том, что общая относительность управляет этими объектами вблизи, а любые различия, которые мы видим дальше, должны быть вызваны различиями в материале, который окружает черные дыры".

Новое изображение открывает новую дверь для изучения этих экстремальных объектов. Одно изображение черной дыры - это потрясающе. Второе означает, что не только первый результат оказался реальным, но и то, что у нас теперь есть точка сравнения, чтобы понять, как действуют эти невероятные, экстремальные объекты.

"Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как работает этот важный процесс", - сказал астрофизик Кейичи Асада из Academia Sinica.

"У нас есть изображения двух черных дыр - одной на большом и одной на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной - поэтому мы можем пойти гораздо дальше в изучении того, как гравитация ведет себя в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде".

Новые результаты были опубликованы в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters.

Вы можете посмотреть пресс-конференцию ниже, а также ознакомиться с нашим (уже законченным) прямым блогом, где мы освещали анонс в режиме реального времени.

Все время ниже указано по Гринвичу и в хронологическом порядке. Обновите и прокрутите страницу вниз, чтобы увидеть последние обновления. Мы будем добавлять новую информацию каждые несколько минут.

12.40: Итак, момент настал! Мы находимся на краю наших кресел и безмерно рады поделиться со всеми вами этим грандиозным событием в астрономии. Мы будем обновлять этот блог каждые несколько минут, поэтому не забывайте нажимать кнопку "Обновить"!

12.41: Для тех, кто в курсе событий, вот что мы пока знаем об объявлении. Результаты получены на EHT, который дал нам первое изображение черной дыры почти три года назад. Мы также знаем, что результаты касаются нашего собственного Млечного Пути... что позволяет предположить, что, возможно, мы скоро увидим самое первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики, Стрелец А* (Sgr A*).

Если астрономам удастся получить прямое изображение горизонта событий Sgr A*, это будет исторический момент... поэтому убедитесь, что у вас под рукой есть закуски и много жидкости. Вы не захотите пропустить это событие.

12.43: Не только тот факт, что эта черная дыра находится в нашей родной галактике, делает это объявление таким крутым. На самом деле это невероятно сложная задача. Sgr A* примерно в 4,3 миллиона раз больше массы Солнца, с горизонтом событий диаметром 25,4 миллиона километров, и находится на расстоянии 25 800 световых лет. Попытка сфотографировать ее будет похожа на попытку сфотографировать теннисный мяч на Луне.

12.44: Черные дыры и в лучшие времена чрезвычайно трудно изобразить, потому что они буквально невидимы, поглощая все электромагнитное излучение. Но Sgr A* еще сложнее изучать, потому что она скрыта облаком пыли и газа.

Sgr A* была главной целью наблюдательной кампании EHT в апреле 2017 года. Если астрономы получили изображение горизонта черной дыры, то он должен выглядеть как светящийся пончик. Это аккреционный диск черной дыры, кольцо из газа и пыли, которое испускает излучение, вращаясь вокруг Sgr A*.

12.45: Осталось 15 минут!

12.48: Прямая трансляция ведется из штаб-квартиры Европейской космической обсерватории в Германии. Но он транслируется одновременно с объявлениями из Вашингтона. Вашингтона, Сантьяго-де-Чили, Мехико, Токио и Тайбэя.

В прямом эфире нас будут слушать:

Томас Крихбаум, Институт радиоастрономии Макса Планка, Германия

Сара Иссаун, Центр астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт, США и Университет Радбоуда, Нидерланды

Хосе Л. Гомес, Институт астрофизики Андалусии (CSIC), Испания

Кристиан Фромм, Вюрцбургский университет, Германия

Марияфелиция де Лаурентис, Университет Неаполя "Федерико II" и Национальный институт ядерной физики (INFN), Италия.

В объявлении Национального научного фонда из Вашингтона, округ Колумбия, примут участие:

Кэтрин (Кэти) Л. Боуман, доцент кафедры вычислительных и математических наук, электротехники и астрономии в Калтехе

Винсент Фиш, научный сотрудник обсерватории Хэйстэк Массачусетского технологического института

Майкл Джонсон, астрофизик из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновского института

Ферьял Озел, профессор астрономии и физики Аризонского университета

Это может показаться много, но в этой работе участвует еще множество исследователей. Достаточно сказать, что это была огромная совместная работа.

Стоит отметить, что все перечисленные здесь ученые в той или иной степени, форме или виде работают с черными дырами.

12.55: Всем пятиминутное предупреждение! Последний шанс перекусить!

12.58: Совершенно не потею здесь... осталось две минуты. У нас есть обратный отсчет! У нас есть музыка! Это действительно происходит!

13.00: Начали.

13.01: ВОТ ОНО! Мы действительно собираемся встретиться с Sgr A*!

13.02: Генеральный директор ESO Ксавье Барконс знакомит нас с ходом событий...

По его словам, мы уже много раз были так близко к Sgr A*: телескопы изучали движение звезд вокруг галактического центра, что позволило нам измерить сверхмассивную черную дыру.

"Однако мы еще не видели прямых изображений этого объекта", - говорит Барконс. (!!!!)

13.04: Барконс говорит о 300 с лишним международных ученых, большем количестве вспомогательного персонала и восьми радиообсерваториях по всему миру, работающих в сотрудничестве для достижения этого революционного результата. Это своевременное напоминание о том, чего мы можем достичь, когда страны работают вместе, добавляет он.

13.05: Вот оно! Директор проекта EHT Хуиб ван Лангевельд с изображением.

13.06: Мы летим в сердце галактики, чтобы встретиться с нашим галактическим центром, с равнин Чили, где находится телескоп ALMA.

13.07: ВЗГЛЯНИТЕ НА ЭТО!!!

13.08: Ух ты, это потрясающе. Для ясности, мы не можем видеть саму черную дыру - но она там, в этом темном пятне посреди диска светящегося материала.

13.14: Выступает Сара Иссаун из Гарварда. По ее словам, у нас впервые есть прямое доказательство того, что Sgr A* - черная дыра. Темное пятно в центре - это тень черной дыры; вокруг нее клубится горячий газ, нагретый трением. Этот газ испускает радиоизлучение, которое мы можем обнаружить.

Ее размер составляет около 52 микроарксекунд на небе, что эквивалентно изображению пончика на Луне. Поскольку размер тени черной дыры связан с ее массой, мы можем использовать это для подтверждения того, что ее масса примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца. Это в точности соответствует предсказаниям Эйнштейна из общей теории относительности!

Sgr A* выглядит очень похоже на первое полученное изображение черной дыры M87*, хотя они очень разные и находятся в совершенно разных средах. Это говорит нам о том, что, независимо от размера среды, в пространстве вокруг черной дыры будет доминировать гравитация.

13.17: Томас Крихбаум из Института радиоастрономии имени Макса Планка в Германии делится техническими подробностями этого грандиозного достижения. Потребовалось 25 лет, чтобы разработать и усовершенствовать методы объединения телескопов по всему миру в один гигантский телескоп размером с Землю, который может достичь разрешения, необходимого для получения изображения черных дыр.

В результате был создан интерферометр, который в 3 миллиона раз превосходит по резкости человеческий глаз. Для получения изображения Sgr A* было получено шесть терабайт данных - анализ этих данных занял несколько лет и потребовал разработки новых инструментов.

13.20: Хосе Л. Гомес из Института астрофизики Андалусии в Испании теперь более подробно рассказывает о том, как восемь телескопов телескопа "Горизонт событий" работают вместе для получения наблюдений.

Однако Sgr A* оказалась намного сложнее, чем M87*, говорит он. Регион затемнен пылью; и, хотя газ вокруг каждой черной дыры движется с одинаковой скоростью, Sgr A* в 1500 раз менее массивна, а значит, ее газ имеет гораздо более короткую орбиту. Это означает, что во время наблюдений газ менялся в быстрых временных масштабах.

13.23: Это самое тщательно проверенное интерферометрическое изображение из когда-либо полученных, наряду с изображением M87*.

ОН ТОЛЬКО ЧТО ПООБЕЩАЛ НАМ ФИЛЬМЫ О ЧЕРНЫХ ДЫРАХ В БУДУЩЕМ.

13.25: Кристиан Фромм из Вюрцбургского университета в Германии теперь рассказывает, что изображение говорит нам о Sgr A*.

Команда использовала суперкомпьютеры по всему миру для моделирования черных дыр. При сравнении с их моделями изображение говорит нам о том, что Sgr A* вращается и что мы смотрим на нее лицом вперед.

13.27: Марияфелиция де Лаурентис из Университета Неаполя "Федерико II" и Национального института ядерной физики (INFN) в Италии говорит нам, что размер тени Sgr A* согласуется с теорией относительности, как и у M87*, несмотря на то, что эти две черные дыры аккрецируют материалы с совершенно разной скоростью; Sgr A* в миллион раз меньше, чем M87*.

13.29: Изучение среды вокруг черной дыры, такой как Sgr A* или M87*, позволит нам провести новые испытания общей теории относительности, надеясь найти места, где она нарушается, говорит де Лаурентис. Это поможет нам понять гравитацию, а также роль, которую черные дыры играют в нашей Вселенной". Лучшее еще впереди!

13.31: Это, говорит Антон Зенсус в своем заключительном слове, следующий уровень. "Мы объединили величайшие радиотелескопы мира в одну камеру размером с Землю".

В проекте участвовали следующие телескопы:

Атакамский большой миллиметровый/субмиллиметровый массив (ALMA)

Atacama Pathfinder EXperiment (APEX) в пустыне Атакама в Чили

30-метровый телескоп IRAM в Испании

телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT)

Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано (LMT)

Субмиллиметровый массив (SMA)

Субмиллиметровый телескоп в Аризоне (SMT)

телескоп Южного полюса (SPT).

С тех пор к EHT добавились:

NOrthern Extended Millimeter Array (NOEMA) во Франции

Гренландский телескоп (GLT)

12-метровый телескоп в Уаризоне на пике Китта.

13.35: Все это было бы невозможно без 300 ученых, которые работали над этим сотрудничеством. "А как насчет Эйнштейна?", - спрашивает Зенсус. "Я скорее думаю, что он был бы в экстазе".

Ладно, пресс-конференция переходит к вопросам и ответам, поэтому мы оставим ее на этом, но следите за нашим полным репортажем.

Источник:  https://earth-chronicles.ru/