Новая фотография чёрной дыры М87, полученная при помощи машинного обучения, позволила нам увидеть этот грандиозный объект в новом свете. Оказалось, что знаменитый «оранжевый пончик» довольно тонкий и извергает лучи энергии, которые простираются на 5000 световых. Снимок зафиксировал свет, искривленный гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Две «сфотографированные» на сегодня чёрные дыры, то есть M87* и Sgr A*, выглядят похоже, но M87* — объект с массой, в 1500 раз превышающей массу «нашей» чёрной дыры. Черная дыра, которую удалось сфотографировать, находится на огромном расстоянии от нас: 53 000 000 световых лет, в галактике М87. Это сверхмассивная черная дыра, масса которой в шесть миллиардов раз превышает массу нашей звезды. Черная дыра Галактики M87 испускает плазменную струю, которая распространяется во Вселенной до 5000 световых лет.
Астрономы получили новый взгляд на черную дыру M87
Чёрная дыра в центре Млечного Пути стала второй, изображение тени которой смог получить Телескоп горизонта событий. Открытие позволило астрономам окончательно доказать существование чёрной дыры в центре нашей галактики. В начале мая 2022 года астрономам NASA удалось записать «звучание» сверхмассивной чёрной дыры, которая находится в центре скопления галактик в созвездии Персей.
Такие снимки должны предоставить ценную информацию о том, как живут подобные гиганты. Сегодняшние изображения представляют собой первое прямое визуальное подтверждение этого», — говорится в сообщении ЕНТ. По словам специалистов, саму черную дыру, разумеется, увидеть на снимках нельзя, поскольку она абсолютно черна. Однако светящийся газ вокруг нее складывается в характерную картинку: темную центральную область, которую называют «тенью», и окружающую ее яркую кольцеобразную структуру.
Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание процессов, которые происходят в центре нашей галактики, и дали новые ключи к пониманию того, как черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — сказал ученый Джеффри Бауэр из коллаборации ЕНТ.
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.
Размеры горизонта событий черной дыры пропорциональны ее массе, поэтому, чем массивнее черная дыра, тем больше ее тень. Благодаря своей огромной массе 6,5 миллиардов солнечных масс и относительной близости к Земле она находится от нас на расстоянии 55 миллионов световых лет черная дыра в центре галактики M 87 для земного наблюдателя является одной из крупнейших по своим угловым размерам, что и сделало ее идеальной мишенью для исследования.
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. EHT опубликовала первое в истории изображение черной дыры в центре М 87.
Облегчили в сто раз: российские астрофизики определили массу «сфотографированной» чёрной дыры
поэтому они выглядит так похоже. Однако они далеко не идентичны. Джет — струи плазмы, вырывающиеся из центра черной дыры. У М87 длина джета — около пяти тысяч световых лет. Изображение тени сверхмассивной черной дыры в ядре галактики M 87, полученное в радиодиапазоне с помощью Event Horizon Telescope (2019). Ученые, изучающие сверхмассивную черную дыру в центре галактики M87, раскрыли происхождение мощного джета монстра и впервые сфотографировали джет и его источник вместе. Известно, что черная дыра M87 имеет аккреционный диск, подающий в нее вещество, и джет, выбрасывающий вещество со скоростями, близкими к скорости света.
Астрофизики МГУ определили массу чёрной дыры в центре галактики М87
Это явление в науке еще называют эффектом Доплера. Команда объясняет это изменение турбулентностью потока вещества, но пока не готова дать окончательный ответ о том, чем она вызвана. Анна Лысенко.
Исследовательская группа Китайской академии наук и ведущий автор новой статьи. Эдуардо Рос, астроном и научный координатор интерферометрии со сверхдлинной базой VLBI в Институте радиоастрономии им. Макса Планка, добавил: «Мы видели кольцо раньше, но теперь мы видим струю. Если вы думаете об этом как об огнедышащем монстре, раньше мы могли видеть дракона и огонь, но теперь мы можем видеть дракона, дышащего огнем ». Использование множества различных телескопов и инструментов дало команде более полное представление о структуре сверхмассивной черной дыры и ее струи, чем это было возможно ранее с помощью EHT, и для создания полной картины требовались все телескопы.
По сути, EHT — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам. Вся эта сеть работает как единый телескоп диаметром 10 тыс.
Это и еще специально разработанный компьютерный алгоритм, позволяющий распознавать образы на основе зашумленной информации, и позволили построить, как из элементов пазла, фотографическое изображение черной дыры. Выглядит это как темный круг с оранжевым ореолом. М87 в 1500 раз более массивная и в 2000 раз более далекая черная дыра. Чтобы решить эту проблему, была создана модель вращения, которая распознавала, в какой именно фазе находится изображение с данной фотографии. Фотографии заняли 6000 терабайт и обрабатывались суперкомпьютером в Бостоне.
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. Теперь специалисты поставили перед собой новую задачу — найти механизм, отвечающий за возникновение вспышек. М87 располагается в созвездии Девы и представляет собой сверхгигантскую эллиптическую галактику.
Учёные опубликовали первый снимок чёрной дыры в центре нашей галактики
По словам специалистов, саму черную дыру, разумеется, увидеть на снимках нельзя, поскольку она абсолютно черна. Однако светящийся газ вокруг нее складывается в характерную картинку: темную центральную область, которую называют «тенью», и окружающую ее яркую кольцеобразную структуру. Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание процессов, которые происходят в центре нашей галактики, и дали новые ключи к пониманию того, как черные дыры взаимодействуют со своим окружением», — сказал ученый Джеффри Бауэр из коллаборации ЕНТ. 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.
Саму черную дыру увидеть нельзя, потому что она абсолютно темная. Однако вокруг нее присутствует светящийся газ. Темная центральная область на кадре называется тенью.
Снимок зафиксировал свет, искривленный гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее Солнца.
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. Полученные изображения — это результат сведения воедино различных снимков, их «среднее арифметическое».
Участник коллаборации Кейичи Асада отметил, что теперь ученые могут заниматься сопоставлением различий между двумя супермассивными черными дырами, что должно дать бесценную информацию о том, как такие объекты функционируют.
Строго говоря, саму черную дыру невозможно увидеть, однако ее тень хорошо различима на фоне поглощаемого черной дырой вещества. Еще не так давно, в 2013 году, говоря о свойствах черных дыр, ученые предпочитали использовать сослагательное наклонение: «По разным оценкам, кандидатов в черные дыры существует несколько десятков… И почти все такие кандидаты в черные дыры 20—30 обнаружены в нашей Галактике. Массы компактных объектов могут быть от трех до 12 солнечных масс и даже более». В 2019 году астрофизики смогли впервые сфотографировать черную дыру в центре галактики М87. 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.
Опубликованы 10 лет наблюдений за первой в истории сфотографированной черной дырой M87*
Черная дыра M87* наблюдалась с помощью первых прототипов EHT, телескопы которых были расположены в трех географических точках в 2009–2012 годах и в четырех точках в 2013 году. 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. 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. 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.
Ученые впервые показали реальное фото черной дыры
сверхмассивной черной дыры. Фотография плотного темного ядра черной дыры М87*, обрамленного аморфным светящимся кольцом, попала в заголовки международных СМИ. Черную дыру в центре галактики М87 удалось снять с высоким качеством потому, что эта дыра очень активно «глотает» вещество и перед приемом «пищи» сильно ее нагревает (трением частиц поглощаемого вещества друг о друга).
Чем так примечательна галактика Мессье 87 и что о ней нужно знать?
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. 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.
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. Ввиду того, что это расстояние намного больше гравитационного радиуса, то для определения массы чёрной дыры вполне оправдано применение закона всемирного тяготения. Различают три базовых метода определения масс сверхмассивных чёрных дыр: метод разрешённой кинематики; метод эхокартирования; метод, основанный на статистическом анализе движения ансамбля звёзд вокруг сверхмассивной чёрной дыры с применением законов звёздной динамики. Движение звезды S2 по орбите вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре нашей Галактики представление художника по результатам наблюдений научных групп Р.
Генцеля и А. Перевод подписей и обозначения: БРЭ. 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.
Сверхмассивная черная дыра в галактике M87 имеет массу, эквивалентную 6,5 миллиардам масс Солнца, и находится в центре галактики. Ее сильное гравитационное поле притягивает окружающее вещество, которое затем падает на черную дыру и образует аккреционный диск. Вещество в аккреционном диске нагревается до очень высоких температур и испускает яркий свет, который можно увидеть на инфракрасном изображении галактики М87. Изображение, полученное космическим телескопом им. Спитцера, показывает, что М87 выглядит как облако, без выраженных деталей структуры. Однако на изображении видны детали релятивистских джетов, выбрасываемых из центральной области галактики.
По данным, полученным от орбитального рентгеновского телескопа НАСА Chandra, внутри M87 находится сверхмассивная черная дыра, обладающая феноменальной активностью. И ученым удалось увидеть эту дыру в действии. Можно говорить, что у черных дыр подобного типа есть удивительно мощный контроль над эволюционными процессами галактик, в которых они живут.