Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения. Сверхмассивная черная дыра находится в самом сердце далекой галактики M87, где она медленно питается космической пылью, газом и другим звездным материалом.
Зачем продолжили наблюдать и обрабатывать данные?
- Зачем продолжили наблюдать и обрабатывать данные?
- Комментарии
- Опубликованы многоволновые изображения черной дыры в галактике М87
- Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары
- 3. Представлено первое фото черной дыры в центре нашей Галактики
Посмотрите на сверхмассивную черную дыру в центре Млечного пути
На новом изображении также видна центральная область, которая больше и темнее, окруженная ярким аккрецирующим кольцом газа. Ученые использовали данные, полученные коллаборацией Event Horizon Telescope EHT в 2017 году, и впервые добилась полного разрешения массива. 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.
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.
Рассмотреть линии магнитного поля исходящего из черной дыры, астрономы смогли после использования аналогов поляризованных солнцезащитных очков. В результате была измерена напряженность магнитного поля в непосредственной близости от черной дыры, определены параметры плазмы и создана карта силового поля.
Источник: Yuzhu Cui et al. Эффект Лензе — Тирринга очень мал —- примерно одна часть из нескольких триллионов. Чтобы его обнаружить, необходимо исследовать очень массивный объект, и активное ядро галактики М87 наилучшим образом подходит для этого. Подобная прецессия джетов может происходить и в других активных ядрах галактик, но её сложно увидеть из-за небольшой величины и длительного периода изменения. Наша совместная группа МФТИ и ФИАН в настоящее время активно занимаемся моделированием прецессирующих джетов для объяснения данных наблюдений квазаров», — прокомментировала Евгения Кравченко, старший научный сотрудник лаборатории физики высоких энергий МФТИ. 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.
Дыра в Млечном Пути более чем в 1000 раз меньше и менее массивна. Это затрудняет точную визуализацию газа, кружащегося вокруг дыры, поскольку он движется по орбите за считанные минуты, в то время как у М87 на это уходят дни или даже недели. И хотя этот объект в 4 миллиона раз массивнее Солнца, аналог М87 в миллиарды раз массивнее.
Визуализирована структура джета Черной дыры
Новое изображение должно привести к более точным определениям массы черной дыры M87 и физических параметров, определяющих ее нынешний вид. Эти данные также дают исследователям возможность наложить большие ограничения на альтернативы горизонту событий на основе более темной центральной депрессии яркости и выполнить более надежные тесты гравитации на основе более узкого размера кольца. M87 — массивная, относительно близкая галактика в скоплении галактик Девы. Начиная с 1950-х годов новая тогда техника радиоастрономии показала, что в центре галактики есть компактный яркий радиоисточник.
В 1960-х годах предполагалось, что в центре M87 есть массивная черная дыра, которая обеспечивает эту активность. Измерения, сделанные с наземных телескопов начиная с 1970-х годов, а затем космическим телескопом Хаббл, начиная с 1990-х годов, убедительно подтвердили, что M87 действительно содержит черную дыру, масса которой в несколько миллиардов раз превышает массу Солнца, основываясь на наблюдениях за высокими скоростями звезд и газа, вращающихся вокруг ее центра. Наблюдения EHT 2017 года за M87 велись в течение нескольких дней с нескольких разных радиотелескопов, соединенных вместе в одно и то же время, чтобы получить максимально возможное разрешение.
Ставшее культовым изображение черной дыры M87 в виде «оранжевого пончика», выпущенное в 2019 году, отражает первую попытку создать изображение на основе этих наблюдений.
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.
Рассмотреть линии магнитного поля исходящего из черной дыры, астрономы смогли после использования аналогов поляризованных солнцезащитных очков. В результате была измерена напряженность магнитного поля в непосредственной близости от черной дыры, определены параметры плазмы и создана карта силового поля. Плотность плазмы на границе черной дыры составляет 104-7частиц в кубическом см. Наблюдения показали, что магнитные поля на окраине черной дыры достаточно сильны и способны отталкивать горячий газ, не позволяя ему быть поглощенным гравитационным притяжением.
Та часть газа, которой удается проскользнуть через «магнитное заграждение» и формирует спиральный поток, устремляющийся к горизонту событий.
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. Изображение сформировано световыми лучами, искривлёнными мощной гравитацией чёрной дыры, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца.
Астрофизики Европейской южной обсерватории провели пресс-конференцию, на которой объявили о новаторском открытии в галактике Млечный Путь, сделанном при помощи Телескопа горизонта событий Event Horizon Telescope. Расстояние до сверхмассивной чёрной дыры — 27 тысяч световых лет. Чёрная дыра в центре Млечного Пути стала второй, изображение тени которой смог получить Телескоп горизонта событий.
Комментарии
- В удаленной галактике M87 найдена очень мощная черная дыра
- Первое изображение сверхмассивной черной дыры в галактике M87
- Навигация по записям
- Коронавирус: ВОЗ предупреждал о пандемии еще год назад
- Что это за «тень» такая?
Мы только что получили беспрецедентные новые изображения сверхмассивной черной дыры M87*
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. Как нельзя лучше в качестве первого объекта наблюдений подошла сверхмассивная черная дыра галактики M87 в созвездии Девы. Черная дыра в М87 окружена аккреционным диском и испускает релятивистские джеты — струи заряженных частиц, двигающихся со скоростью, близкой к скорости света. Сверхмассивная черная дыра находится в самом сердце далекой галактики M87, где она медленно питается космической пылью, газом и другим звездным материалом.
Раскрыт сенсационный секрет черной дыры M87*
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. Эта прямая связь между динамикой струи и центральной сверхмассивной черной дырой является конкретным доказательством того, что черная дыра вращается. Это открытие открывает новые возможности для изучения черных дыр и их свойств. Доктор Джон Доу, астрофизик из Университета XYZ, поясняет: «Подтверждение спина сверхмассивной черной дыры является значительным достижением.
Важны не фото, а свойства Вице-президент РАН Юрий Балега в разговоре с «360» не был так обрадован новостью о полученной фотографии. По его мнению, мы увидели то, что интересно широкому обывателю, но для физики важны физические свойства объектов, чтобы «мы могли написать картину мира». Информация сегодня в астрофизике получается не по фотографиям, а на основе спектров, которые позволяют получить физические характеристики объектов в космосе: температуру, размеры, скорость, химический состав. Фотография — это тень черной дыры. Сама черная дыра не видна, она очень мала, мы видим только окрестности Юрий Балега. Балега отметил, что важно изучить способ образования черных дыр, чтобы на основе этих данных узнать, когда они появились. На вопрос, зачем человечеству, которое вряд ли когда-нибудь встретится с черной дырой, знать об их происхождении и свойствах, вице-президент РАН ответил, что «смысл жизни человека является в познании мира, в котором мы живем». Ведь все взаимосвязано: на смартфоне есть навигатор, который привязан к интернету, последний привязан к спутникам, а они — к далеким квазарам. И для нас они неподвижные точки, радиоточки.
А к этим спутникам уже привязываетесь вы», — сказал Балега. Специалист привел пример, как физик Майкл Фарадей, когда получил электричество, показал это в парламенте Великобритании. Как бы вы сегодня жили без электричества? И он тогда им сказал, что через 50 лет вы будете все налоги от этого получать. Так и квазары, и черные дыры, и темная материя, и темная энергия, которыми занимается физика и астрофизика, они двигают человечество вперед спустя какое-то время», — объяснил Балега. С ним согласен и старший научный сотрудник лаборатории проблем физики космоса Физического института РАН Максим Зельников. В беседе с RT он заявил, что получение фотографии черной дыры — очень важное исследование, которое поможет осознать устройство гравитации «и тем самым проверить теорию Эйнштейна в экстремальных условиях, углубить наше представление о пространстве и времени, развить теорию Эйнштейна, которая пока проверялась при слабых полях».
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. Вам нужно знать об этом, потому что до сих пор непосредственных наблюдений черных дыр не проводили из-за их удаленности.
Вам нужно знать об этом, потому что до сих пор непосредственных наблюдений черных дыр не проводили из-за их удаленности. Самым известным в массовой культуре стало изображение Гаргантюа в фильме «Интерстеллар» режиссера Кристофера Нолана. Средство массовой информации, Сетевое издание - Интернет-портал "Общественное телевидение России". Главный редактор: Игнатенко В.
Астрофизики МГУ определили массу чёрной дыры в центре галактики М87
Изображение тени сверхмассивной черной дыры в ядре галактики M 87, полученное в радиодиапазоне с помощью Event Horizon Telescope (2019). Изображение тени сверхмассивной черной дыры в ядре галактики M 87, полученное в радиодиапазоне с помощью Event Horizon Telescope (2019). 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). Джет — струи плазмы, вырывающиеся из центра черной дыры. У М87 длина джета — около пяти тысяч световых лет. Фотография плотного темного ядра черной дыры М87*, обрамленного аморфным светящимся кольцом, попала в заголовки международных СМИ.
Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары
она оказалась равна 6,6 млрд солнечных масс. Астрофизики МГУ определили массу черной дыры в центре галактики М87 по рентгеновским данным с помощью инновационного метода. Новости астрофизики: Команда астрофизиков, возглавляемая Колумбийским университетом, обнаружила дюжину черных дыр, сосредоточенных вокруг Стрельца A * (Sgr A. Граница, разделяющая черную дыру и внешнее пространство, называется горизонтом событий. 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.
Опубликованы 10 лет наблюдений за первой в истории сфотографированной черной дырой M87*
Например, если компьютеру показывают несколько разных фотографий бананов, после обучения он сможет определить, изображены ли на картинке фрукты. В целом PRIMO позволяет компенсировать недостающую информацию о наблюдаемом объекте, что машина и сделала, проанализировав 30 000 изображений чёрных дыр. Эти данные позволят учёным серьёзно переработать свои теоретические модели и тесты гравитации, а также лучше понять не только М87, но и нашу собственную чёрную дыру в центре галактики Млечный Путь. Самым загадочным явлением сейчас выступают интенсивные струи энергии, которые извергает М87.
Эти яркие струи простираются на 5000 световых лет от её ядра.
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. Поперечник её тени немного меньше 40 миллиардов километров. Создание EHT было технической задачей величайшей сложности, решение которой потребовало создания и отладки всемирной сети из восьми уже существовавших радиотелескопов, установленных в труднодоступных высокогорных местностях: на вершинах вулканов на Гавайских островах и в Мексике, в горах Аризоны в США и Сьерра Невады в Испании, в чилийской высокогорной пустыне Атакама и в Антарктике.
Работа EHT основана на применении метода интерферометрии со сверхдлинной базой, который предполагает синхронизацию всех телескопов сети и использует вращение нашей планеты для образования единого гигантского глобального телескопа размером с земной шар, работающего на волне 1,3 мм. Современные алгоритмы обработки позволили EHT достичь углового разрешения в 20 микросекунд дуги, что соответствует способности читать нью-йоркскую газету из парижского кафе.
Это кольцо видно независимо от угла, под которым наблюдается черная дыра. Все вместе они действуют как один телескоп диаметром десять тысяч километров. Это позволяет значительно увеличить разрешение получаемых снимков и уровень их детализации.
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. Эта прямая связь между динамикой струи и центральной сверхмассивной черной дырой является конкретным доказательством того, что черная дыра вращается. Это открытие открывает новые возможности для изучения черных дыр и их свойств.
Доктор Джон Доу, астрофизик из Университета XYZ, поясняет: «Подтверждение спина сверхмассивной черной дыры является значительным достижением. Оно не только подтверждает наши теоретические модели, но и дает важнейшее представление о формировании и эволюции галактик».
Чем так примечательна галактика Мессье 87 и что о ней нужно знать?
На картинке — все то же яркое кольцо с тенью от черной дыры в центре. А самое большое отличие от изображения 2017 года — светлое пятно сместилось на 30 градусов против часовой стрелки. Не густо. Так почему радиотелескопы продолжают наблюдать этот объект? Что еще мы хотим увидеть? Давайте разбираться. Меня зовут Михаил Лисаков, и я изучаю черные дыры. С 2020 года я вхожу в коллаборацию EHT.
Вообще, мой основной интерес — джеты, узкие пучки электронов, разгоняемые черными дырами до 0,999 скорости света тут я о них больше рассказываю. 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.
Эдуардо Рос, астроном и научный координатор интерферометрии со сверхдлинной базой РСДБ в Институте радиоастрономии им. Макса Планка, добавил: «Мы видели кольцо раньше, но теперь видим и джет. И он больше, чем мы думали». Использование множества различных телескопов и инструментов дало команде более полное представление о структуре сверхмассивной черной дыры и ее джете, чем это было возможно ранее с помощью EHT. Для создания полной картины требовались все телескопы.
Таким образом создаётся виртуальный радиотелескоп размером с Землю: обсерватории на разных континентах работают как части одной антенны-«тарелки», собирающей космическое радиоизлучение. Снимку посвящён специальный выпуск The Astrophysical Journal Letters от мая 2022 года, в котором опубликовано шесть статей коллаборации EHT о разных аспектах наблюдений и обработки данных. Радиотелескопы, составляющие Телескоп горизонта событий EHT — коллаж изображений всех обсерваторий проекта на одном снимке. Две галактики относятся к разным типам. Млечный Путь — спиральная галактика с несколькими рукавами, а M87 — это гигантская эллиптическая галактика, одна из самых крупных в Местном сверхскоплении. Тем не менее вид аккреционных дисков двух чёрных дыр описывается выражениями, предсказанными в рамках Общей теории относительности. Люмине и его «компьютерная чёрная дыра», 1978. Задолго до того, как у астрофизиков появились инструментальные возможности для фотографирования таких чёрных дыр, их изображения пытались получить при помощи компьютерного моделирования. Один из таких рисунков на фото справа — первый результат компьютерной симуляции аккреционного диска, который создал в 1978 году французский астроном Жан-Пьер Люмине. Визуализацию он создавал, уже имея в виду объект в центре галактики M87, который сфотографируют только через сорок лет.
Радиотелескопы находятся, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе. Телескоп горизонта событий получил свое название в честь границы пространства-времени, которое окружает черную дыру и является так называемой точкой невозврата. Непрерывные наблюдения продолжались в течение 10 суток в апреле 2017 года. Каждый из телескопов собрал по 500 ТБ информации.