Получена первая в истории фотография черной дыры
Новости партнеров
В рамках международного проекта «Event Horizon Telescope» астрономам впервые за всю историю наблюдений удалось получить снимок черной дыры, а точнее ее тени, «отбрасываемой» на светящийся диск из перегретого газа и пыли. Неуловимый гравитационный монстр, красующийся на «фотографии века», проживает в сверхгигансткой эллиптической галактике Messier 87 в 54 миллионах световых лет от Земли в направлении созвездия Девы.
«Чтобы получить фотографию черной дыры максимально высокого разрешения мы объединили в одну глобальную сеть восемь мощнейших радиотелескопов, расположенных по всей планете, и направили их в центр галактики Messier 87. Это стало возможным только благодаря международному сотрудничеству и технологическому прогрессу, достигнутому в последние несколько лет», – рассказывает Лучано Реззола, профессор теоретической релятивисткой астрофизики из Франкфуртского университета им. Гете (Германия), один из участников проекта «Event Horizon Telescope».
Существование черных дыр следует из Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, считающейся сегодня стандартной теорией гравитации, неоднократно подтвержденной экспериментально. Они представляют собой области пространства-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света, в том числе кванты самого света. Другими словами, все, что подойдет слишком близко черной дыре и будет затянуто за горизонт событий, уже не сможет вырваться обратно.
Однако это теория, и никогда ранее черные дыры, а точнее их тени, не наблюдались напрямую. Проблема в том, что, даже обладая огромными массами, размеры этих объектов не столь велики, чтобы современные телескопы в одиночку могли их рассмотреть с разрешением, позволяющим разделить аккреционный диск, окружающий черную дыру, и горизонт событий.
Чтобы обойти эти технические ограничения несколько лет назад был дан старт проекту «Event Horizon Telescope», целью которого является получения снимков сверхмассивных черных дыр в сердце Млечного Пути и галактики Messier 87. Почему были выбраны именно эти объекты? Все просто. Черная дыра Стрелец А* в нашей Галактике находится ближе всего к Земле, а гигантский монстр в Messier 87 удобен для наблюдений, так как, во-первых, он невероятно массивен, а, во-вторых, сама галактика удачно расположена на небе для отслеживания глобальной сетью.
«В обычной среде мы ожидаем, что свет будет двигаться по прямой. Однако с черной дырой ситуация совсем другая: обладая крайне сильной гравитацией, она отклоняет и изгибает траекторию движения света настолько, что мы фактически можем видеть то, что находится за ней. И, учитывая, что сама по себе черная дыра не излучает свет, ожидаемое изображение представляет собой яркое кольцо, состоящее из всех отклоненных ею лучей. И то, что мы увидели, отлично согласуется с моделями», – добавил Роман Голд из Франкфуртского университета им. Гете, также участник проекта «Event Horizon Telescope».
Всего за 2017 и 2018 года «массив размером с Землю» выполнил около 60 часов наблюдений, собрав в общей сложности примерно 10 петабайт данных. Ученые потратили полтора года, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение источника – сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87.
«Такой подвиг когда-то считался невозможным, так как черные дыры отбрасывают небольшие, трудно наблюдаемые тени. Но, разместив телескопы по всему миру для создания телескопа размером с Землю, был достигнут этот беспрецедентный результат, предвещающий новую эпоху в исследовании черных дыр и прокладывающий путь для дальнейших научных прорывов», – прокомментировали событие в Европейской южной обсерватории (ESO), чьи телескопы добавляют ощутимую мощь глобальной сети «Event Horizon Telescope».
Исследователи отмечают, что теперь у них впервые появилась возможность проверить, насколько хорошо наша физика работает в экстремальных средах, понять движение газа и радиационную среду в окрестностях черных дыр, выяснить, какие теории об этих экзотических объектах верны, а какие будут разрушены, а также получить фотографии и внимательно рассмотреть других кандидатов в черные дыры, чтобы определить, все ли они являются таковыми, или же это другие явления, «маскирующиеся» под этих гравитационных монстров.
Источник
Получена новая фотография черной дыры. Что в ней особенного?
В нашем стремлении познать Вселенную, мы – сапиенсы, продвинулись довольно далеко. Судите сами: физики из Европейской организации по ядерным исследованиям (ЦЕРН) разгоняют элементарные частицы до околосветовых скоростей и сталкивают их друг с другом; инженеры NASA успешно посадили на поверхность Красной планеты марсоход Perserverance; биологи объяснили сложную работу циркадных ритмов и это не говоря об изготовлении вакцины против COVID-19 в рекордные сроки. Но что особенно приятно, так это достижения астрофизиков, которым за последние несколько лет удалось доказать, что космические монстры – сверхмассивные черные дыры – действительно существуют. Так, в 2019 году мир впервые увидел снимок горизонта событий черной дыры. Теперь же международная команда радиоастрономов представила на обозрение изумленной публики более четкое изображение черной дыры, расположенной в 55 миллионах световых лет от Земли.
Вид на сверхмассивную черную дыру в поляризованном свете. Изображение: EHT
Эволюция массивных звезд
Можно ли сфотографировать объект, который не видно? Любой фотограф и человек, более-менее разбирающийся в свойствах видимого света, ответит на этот вопрос отрицательно. К счастью, человеческий глаз воспринимает далеко не весь световой спектр, а ученым относительно давно известно о существовании ультрафиолетового, инфракрасного и реликтового излучения.
Последним исследователи называют тепловое излучение, которое равномерно заполняет Вселенную и возникло спустя 300 000 лет после Большого взрыва. С течением времени микроволновое фоновое космическое излучение (от англ. cosmic microwave background radiation) позволило космологам получить представление о том, насколько велика была наша Вселенная вскоре после рождения.
Перед тем как говорить о сверхмассивных черных дырах напомним, что эти объекты представляют собой области пространства-времени, гравитация которых настолько сильна, что даже фотоны света не могут их покинуть. Сегодня физики полагают, что только звезды, чья масса превышает 15 солнечных, могут коллапсировать в этих космических монстров. Это происходит в самом конце их эволюции, когда материал для термоядерных реакций исчерпан и внутреннее давление не может удерживать внешние слои светила, из-за чего те падают в центр.
Причина, по которой сложно обнаружить нейтронные звезды заключается в том, что от них практически не исходит излучение.
Но если внешние слои звезды выбросит в окружающее пространство, произойдет вспышка сверхновой – последний акт превращения массивной звезды в нейтронную. Зависят эти процессы только от первоначальной массы объекта. Так что в космосе все очень и очень непросто.
Хотите узнать, как устроена Вселенная и какое будущее ее ждет? Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен чтобы не пропустить уникальные статьи, которых нет на сайте!
Фотография космического монстра
На протяжении многих лет радиоастрономы международного проекта Event Horizon Telescope Collaboration наблюдали за сверхмассивной черной дырой – чудовищем в 6,5 миллиардов раз массивнее Солнца, которое вращается в центре огромной эллиптической галактики Messier 87. Примечательно, что последние два года исследовательская группа провела извлекая как можно больше данных из своих наблюдений о поляризации радиоволн, которые могут выявить форму магнитных полей в горячем газе, вращающемся вокруг дыры.
Бесценный труд астрофизиков позволил увидеть, что черная дыра в центре М87 закачивает материю внутрь, а энергию наружу в космос, словно вихрь вращающейся лопасти вентилятора реактивного двигателя. Примечательно, что струи и лепестки радио, рентгеновской и других форм энергии простираются более чем на 100 000 световых лет от черной дыры в М87. Большая часть этого излучения исходит от энергичных электрических частиц, вращающихся по спирали в магнитных полях.
Новое исследование поможет больше узнать о том, как магнитные поля влияют на активность черных дыр. Снимок Event Horizon Telescope Collaboration.
Как рассказали авторы исследования журналистам The New York Times, теперь они могут детально изучить как черная дыра направляет материал к своему центру. По мнению Дэниела Хольца, астрофизика из Чикагского университета, который не принимал участия в исследовании, эти релятивистские струи являются одними из самых экстремальных явлений в природе. Сочетание гравитации, горячего газа и магнитных полей производит луч, пересекающий всю галактику.
Самая первая фотография горизонта событий черной дыры была получена в 2019 году.
Побочным результатом работы, опубликованной в журнале The Astrophysical Journal Letters стало то, что астрономы смогли оценить скорость, с которой черная дыра питается своей средой. По-видимому, она не очень-то голодна, так как съедает «ничтожную» тысячную часть массы Солнца в год.
Диаметр космического монстра в центре галактики М87 в созвездии Девы, как отмечают авторы научной работы, составляет порядка 100 миллиардов километров, а масса около 6,5 миллиарда масс Солнца.
Отметим также, что закручивающиеся в воронку полосы, которые хорошо видно на фотографии — это силовые линии магнитного поля в окрестностях черной дыры. Само поле не очень мощное: от 1 до 30 Гауссов, что всего в 4–10 раз сильнее магнитного поля Земли на поверхности.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Большое число быстрых радиовспелсков (FRB), обнаруженных австралийской командой ученых, может помочь астрономам наконец-то разобраться в загадочной природе и…
Результаты нового исследования астрофизиков из Гарвардского университа гласят, что астероид Чиксулуб, уничтоживший динозавров 65 миллионов лет назад, вовсе не астероид, а обломок кометы 🚀
Представьте материю, упакованную так плотно, что ничто не может покинуть ее пределы. Ни луна, ни планета, ни даже свет. Таковые черные дыры — точки, в которы…
Источник
Nature: первое фото чёрной дыры — одно из лучших научных изображений 2019 года
В число лучших научных изображений за 2019 год издательство Nature включило первую полученную фотографию чёрной дыры (вернее, её видимой границы — горизонта событий).
Эта чёрная дыра расположена в галактике M87, в созвездии Девы. Чтобы получить её изображение, учёные около двух лет обрабатывали данные, собранные радиотелескопами на разных континентах. Профессор кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ Сергей Рубин прокомментировал это открытие, рассказав о природе чёрных дыр и современных исследованиях в этой области.
Материя во Вселенной распределена крайне неоднородно. Если по каким-либо причинам в некоторой области пространства создается повышенная плотность энергии, то гравитация может, условно говоря, сжимать ее, концентрируя в гораздо меньшей пространственной области. Если изначально плотность была очень высокой, может образоваться чёрная дыра , основным параметром которой является ее радиус (горизонт событий). Этот радиус не связан с распределением материи и наблюдатель, пересекший снаружи этот горизонт, не заметит каких-либо изменений. Однако, попав внутрь черной дыры, выбраться обратно он уже не сможет.
Концентрация энергии, при которой происходит рождение черных дыр, возможна несколькими способами. Во-первых, это взрывы массивных звезд в конце их существования. При этом центральная часть звезды может сильно сжиматься, образуя черные дыры с массой порядка 10 солнечных масс и даже более. Такие черные дыры и звезды могут концентрироваться в центрах галактик за счет динамического трения. При этом образуются сверхмассивные чёрные дыры с массами от нескольких миллионов до нескольких миллиардов солнечных масс. По всей видимости, каждая уважающая себя галактика имеет такой объект. Современные наблюдения говорят о том, что существуют сверхмассивные черные дыры, которые родились еще в дозвездный период, когда Вселенной было всего около 600 млн лет. Теоретическая группа кафедры физики элементарных частиц НИЯУ МИФИ разрабатывает модель образования именно таких, первичных черных дыр. Возможно, именно эти объекты были зародышами формирования галактик, по крайней мере, некоторых из них.
Несмотря на свое название, черные дыры являются самыми яркими объектами во Вселенной. Вещество, падающее на них с ускорением, излучает электромагнитные волны самых различных длин. Но из-за того, что размеры черной дыры чрезвычайно малы ( при массе, равной массе Земли, ее размер составлял бы несколько сантиметров ), увидеть эту черную точку на фоне интенсивного излучения окружающего вещества кажется практически невозможным. И все-таки ученые сделали это! Получается, теория гравитации Эйнштейна работает и в чрезвычайно сильных гравитационных полях, а значит, мы получили её очередное подтверждение.
Источник
Год назад ученые показали реальную фотографию черной дыры. Что нужно знать о снимке века?
В 1931 году инженер Карл Янский из Bell Laboratories несколько месяцев направлял то туда, то сюда радиоантенну. Его задачей было наконец выяснить, из-за чего клиенты компании слышат в трубках помехи во время трансатлантических звонков. Янский довольно быстро выяснил, что по громкости помех может определить грозы. Но помимо них в его наушниках слышалось еще какое-то шипение, источник которого постепенно сдвигался и делал полный оборот с периодом 24 часа.
4 мая 1933 года Янский, выступая на конференции Международного общества радионаук (International Union of Radio Science, URSI), представил коллегам свои соображения о том, что это был за шум. Янский заключил, что в трансатлантические телефонные беседы вмешиваются «голоса» звезд, которые, по-видимому, они излучают в радиодиапазоне, а самый громкий из этих источников находится в центре нашей галактики.
Назавтра Янский попал на первую полосу New York Times, а ведущий одной американской радиостанции целый день ставил в эфир запись шипения, сделанную инженером, после чего говорил, что только что прозвучало созвездие Стрелец.
Сегодня мы знаем, что в центре Млечного Пути, в 26 тыс. световых лет от Земли, находится громадный объект примерно в 4 млн раз массивнее Солнца под названием Стрелец А* (также Sagittarius A*, или Sgr A*, а произносится так: «стрелец а со звездочкой»). Для такой массы Стрелец А* занимает чрезвычайно мало места: он уместился бы между нашей звездой и Плутоном. Это — черная дыра.
Имя монстра
Если подбросить камень в воздух, он упадет. Но если сделать это изо всех сил (тут потребуется сила ума, чтобы сконструировать ракету), то камень улетит в космос. На нашей планете для этого нужна одна скорость, а на Солнце — более высокая, потому что оно массивнее и сильнее притягивает к себе. Но что если небесное тело настолько большое, что с него не сбежать даже на предельно возможной скорости?
Об этом рассуждал еще в XVIII веке британский естествоиспытатель Джон Мичелл. Он назвал такой гипотетический объект черной звездой. О том, что эти звезды должны быть невидимыми (ведь оттуда не вырвется даже свет) и их, возможно, великое множество во Вселенной, он сообщил в письме Королевскому обществу, но особенного шума его идея тогда не наделала.
Впервые теоретическую возможность существования таких объектов описал в 1915 году физик Карл Шварцшильд, получив точное решение уравнений Эйнштейна. Долгое время их называли коллапсарами, поскольку они возникают, как правило, в результате схлопывания (коллапса) массивных звезд. Название «черная дыра» стало популярным уже во второй половине ХХ века, и не всем астрофизикам оно нравилось, поскольку опиралось на интерпретацию теории, а не фактические данные наблюдений (такие ученые предпочитали термин «центральная машина»).
Но корректно ли это название, до сегодняшнего мы были не уверены. Стрелец А*, диаметр которого, по последним оценкам, составляет около 60 млн км, на расстоянии 26 тыс. световых лет выглядит как монета на поверхности Луны. Астрономы не получали достаточно хороших снимков подобных объектов, чтобы различить детали.
Черная дыра в центре галактики М87, фотографию которой сегодня представили миру, расположена от нас примерно в 2 тыс. раз дальше, чем Стрелец А*. На первый взгляд, странно, что «фотографировать» решили ее. Но она вмещает в себя умопомрачительные 6,5 млрд солнечных масс, поэтому с Земли ее размер кажется примерно таким же, как у Стрельца А*, зато ее не закрывает облако межзвездного газа.
Что мы увидели. И как это получилось
Снимок получили в результате интерферометрических наблюдений со сверхдлинной базой. Грубо говоря, из телескопов в разных точках Земли получился один большой с зеркалом диаметром в половину Земли. Наблюдения проводились в течение нескольких недель весной 2017 и 2018 годов. Все остальное время заняла пересылка данных в центры обработки и восстановление изображения.
После пресс-конференции менеджер проекта Рено Тиланус сказал, что каждый телескоп в сети нарабатывает около 1–2 петабайтов данных за неделю наблюдений (один петабайт — это где-то 30 тыс. сезонов сериалов в разрешении Full HD). Сначала из данных вычищают шумы, а потом «сводят», занимаются корреляцией. На это уходит до двух месяцев, но целый год ученые ждали, пока в центр обработки данных доставят жесткие диски с Южного полюса. Участники без иронии признаются, что для их нужд FedEx все еще быстрее интернета. В следующем году к наблюдениям подключатся еще три телескопа, и суммарный объем данных за несколько дней наблюдений достигнет 15 петабайт.
Источник