Черные дыры: почему они черные, как их находят и при чем здесь квазары. 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.
Мы только что получили беспрецедентные новые изображения сверхмассивной черной дыры M87*
| Опубликован первый в истории снимок черной дыры | Новость. Первый снимок черной дыры превратился в мемы (фото). Изображение было получено в рамках проекта Event Horizon Telescope в результате наблюдений, которые длились около недели в 2017 году. |
| Сверхмассивная черная дыра в самой удаленной галактике удивила ученых - МК | 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. |
| Ученые впервые показали реальное фото черной дыры | Сравнение фотографии M87, первой черной дыры, когда-либо сфотографированной, и Стрелец A*, по сравнению с размерами Солнечной системы. |
| Дыра на месте | Джет — струи плазмы, вырывающиеся из центра черной дыры. У М87 длина джета — около пяти тысяч световых лет. |
| Визуализирована структура джета Черной дыры | Изображение центральной черной дыры М87, обрамленной аморфным светящимся кольцом, попало в топы практически всех новостных агентств в апреле 2019 года. |
Производят звук и не всасывают объекты: что мы знаем о черных дырах
Однако они далеко не идентичны. 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.
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. Помимо этого простого случая, универсальность машинного обучения была продемонстрирована множеством способов: от создания произведений искусства в стиле эпохи Возрождения до завершения незавершенного произведения Бетховена.
Это бы согласовалось с общей теорией относительности и подтвердило качество наблюдений и анализа. Так и вышло. Ведь если ОТО работает, то диаметр кольца зависит от расстояния до Земли и массы черной дыры, которую за один год значимо не изменишь. Расстояние же практически постоянно на таком промежутке времени. Гипотеза подтвердилась: размер кольца в 2018 году, 45 микросекунд, не отличается от предыдущего измерения с учетом погрешности. И яркость нового кольца такая же неоднородная — это связано с вращением вещества вокруг черной дыры: остановить его или существенно замедлить не получится.
Но что могло — то поменялось. В частности, самая яркая часть кольца за год переместилась на 30 градусов против часовой стрелки. Излучение вокруг черной дыры, которое и видно на картинке, складывается из тонкого фотонного кольца и более размытого гравитационно-линзированного излучения. Первое более-менее однородное по яркости, а вот второе отражает реальное движение вещества вокруг черной дыры, поэтому распределение яркости в кольце может меняться со временем. Теперь мы смогли увидеть это напрямую, хотя указания на такие перемещения были и в более ранних данных, до EHT. Что еще можно увидеть в интерферометр? А значит, мы можем рассмотреть линейную и круговую поляризацию излучения. Линейная поляризация скажет, какова конфигурация и напряженность магнитного поля в аккреционном диске, а круговая поможет различить фотонное кольцо на фоне остального излучения. Пока данные 2018 года проходили первичную обработку, мы выжали все из показаний 2017-го. В частности, узнали, что магнитное поле должно пронизывать аккреционный диск насквозь, а увлечение системы отсчета вращающейся черной дырой в М87 — его закручивать.
Именно такие условия нужны для запуска черной дырой релятивистского джета. Хотя поле там оказалось на удивление маленьким: от 1 до 30 Гаусс, — меньше, чем у магнита на холодильнике. В некоторых квазарах магнитные поля в тысячу раз сильнее. Еще мы поняли, что с круговой поляризацией работать и работать. Синхротронное излучение в ней выглядит в 100—1000 раз слабее, чем в неполяризованном свете. А реальный сигнал сложно выделить на фоне инструментальных помех. Поэтому нам нужно больше чувствительных телескопов. Ученые просто подтвердили результат? Непросто, но да. Неужели осталось еще что-то не открытое?
О, да! По теням черных дыр у EHT три большие задачи: 1.
Изображение сформировано световыми лучами, искривлёнными мощной гравитацией чёрной дыры, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца. Так как эта чёрная дыра находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет, её видимые размеры на небе примерно соответствуют размерам пончика на Луне. Чтобы получить её изображение, группа создала сверхмощную антенную решётку EHT: восемь крупнейших радиообсерваторий всей планеты, объединившись, создали единый гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар. Ученые потратили пять лет, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение черной дыры. По словам участников проекта, получить фотографию черной дыры в Млечном Пути было намного сложнее, чем в галактике Messier 87, поскольку газ, вращающийся вокруг нее, совершает полный оборот всего за пару минут, из-за чего яркость и морфология источника меняются очень быстро.
Первый снимок черной дыры
Для описания наблюдаемой эволюции направления джета авторы работы использовали модель, в которой ось вращения аккреционного диска немного наклонена к оси вращения чёрной дыры Рисунок 2. Вращение массивной чёрной дыры влияет на окружающее пространство-время, приводя к прецессии аккреционного диска, которая распространяется и на джет из-за тесной связи между ним и аккреционным диском. Рисунок 2. Схематическое изображение модели наклонного аккреционного диска. Ось вращения чёрной дыры направлена вертикально, направление джета почти перпендикулярно диску.
Несоосность между осью вращения чёрной дыры и осью вращения диска приводит к прецессии диска и джета. 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.
К примеру, в центре нашей галактики Млечный Путь тоже находится гигантская чёрная дыра, но её размер равняется орбите Меркурия и имеет массу четырёх миллионов Солнц. Но даже это трудно представить. Сверхмассивная чёрная дыра в центре Messier 87 М 87. И эта галактика, соответственно, тоже массивнее и больше нашей. Вообще, она совсем другая. Наша — спиральная, а эта — эллиптическая. По сегодняшним представлениям учёных, такие возникают в результате слияния нескольких галактик.
Что интересно, почему-то из-за этого получается так, что там быстро перестают образовываться новые звёзды. 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.
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.
Ее тень окружала фотонная сфера. Уже за получение их изображений». Что же до теории, то природу черных дыр обосновал своими работами именно математик Роджер Пенроуз. И он показал, что эти сингулярности должны быть покрыты горизонтами событий.
Исторические снимки были представлены 10 апреля 2019 года и стали знаменательным для науки событием. Новость Первый снимок черной дыры превратился в мемы фото Изображение было получено в рамках проекта Event Horizon Telescope в результате наблюдений, которые длились около недели в 2017 году. Одна часть диска кажется ярче, другая — более тусклой. Но зоны яркости заметно меняются с течением времени.
3. Представлено первое фото черной дыры в центре нашей Галактики
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. Так как эта чёрная дыра находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет, её видимые размеры на небе примерно соответствуют размерам пончика на Луне. Чтобы получить её изображение, группа создала сверхмощную антенную решётку EHT: восемь крупнейших радиообсерваторий всей планеты, объединившись, создали единый гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар. Ученые потратили пять лет, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение черной дыры.
Возможность существования дыр вытекает из общей теории относительности, однако до сих пор об их свойствах судят по косвенным наблюдениям — влиянию на окружающие их объекты и свет. Увидеть дыру «До сих пор нет ни одного прямого доказательства существования черных дыр. Никаких, абсолютно никаких наблюдательных проявлений.
Просто все другие объяснения исключаются», -- добавил Гебхардт. В будущем, используя сеть наземных телескопов, ученые надеются сфотографировать тень черной дыры М-87, отбрасываемую на окружающий ее газовый диск. Это стало бы первым прямым доказательство существования подобных объектов. Читайте нас в.
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. Олеся Маевская.
Хотя в GS-9209 примерно столько же звезд, сколько в нашей родной галактике, с общей массой, равной 40 миллиардам солнц, она составляет лишь одну десятую размера Млечного Пути.
По словам исследователей, это самый ранний известный пример галактики, в которой перестали формироваться звезды. Сверхмассивные черные дыры могут остановить звездообразование, потому что их рост высвобождает огромное количество высокоэнергетического излучения, которое может нагревать галактики и вытеснять газ из них. Галактикам нужны огромные облака газа и пыли, чтобы коллапсировать под действием собственной гравитации, создавая тем самым новые звезды, пишет The Guardian.
Опубликованы 10 лет наблюдений за первой в истории сфотографированной черной дырой M87*
Отмечается, что размеры данной черной дыры M87 поистине колоссальны, а расположена она на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли в галактике Messier 87 в Скоплении Девы в Местном сверхскоплении галактик. Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. 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.
Ученые получили первый в истории снимок черной дыры в центре Млечного Пути
Это была первая черная дыра, запечатленная на изображении, созданном телескопом Event Horizon Telescope EHT и обнародованном в 2019 году. Изображение ее плотного темного ядра, обрамленного аморфным светящимся кольцом, попало в заголовки международных газет. 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».
Изображение сформировано световыми лучами, искривлёнными мощной гравитацией чёрной дыры, масса которой в четыре миллиона раз превышает массу нашего Солнца. Так как эта чёрная дыра находится от Земли на расстоянии около 27 000 световых лет, её видимые размеры на небе примерно соответствуют размерам пончика на Луне.
Чтобы получить её изображение, группа создала сверхмощную антенную решётку EHT: восемь крупнейших радиообсерваторий всей планеты, объединившись, создали единый гигантский виртуальный телескоп размером с земной шар. Ученые потратили пять лет, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение черной дыры. По словам участников проекта, получить фотографию черной дыры в Млечном Пути было намного сложнее, чем в галактике Messier 87, поскольку газ, вращающийся вокруг нее, совершает полный оборот всего за пару минут, из-за чего яркость и морфология источника меняются очень быстро.
Черные дыры и предсказания Эйнштейна В 2019 году астрономы заметили джеты, которые выходили из черной дыры ближе к нам, на расстоянии примерно 8000 световых лет от Земли. Эти струи колебались всего лишь несколько минут, и это было самыми быстрыми колебаниями такого рода, которое наблюдали астрономы. Но они все еще соответствуют теоретическим предсказаниям, сделанным Альбертом Эйнштейном в его Общей теории относительности.
Согласно этой теории, вращающаяся черная дыра настолько массивна, что выгибает окружающее пространство и время внутрь — это явление называется Frame-dragging. Особенность этого эффекта заключается в том, что ось вращения черной дыры не идеально совпадает с осью вращения вокруг нее аккреционного диска, из которого черная дыра поглощает звездный материал. Это приводит к тому, что струи черной дыры мелко колеблются, и именно это было измерено в новом исследовании.
По словам астрономов, это смещение является результатом турбулентного потока материи вокруг черной дыры. Световое кольцо осталось того же размера, что предсказывалось общей теорией относительности. Тень черной дыры возникает в результате сильного гравитационного поля, создающего область, которую свет не может покинуть. Вместе с тем это же поле создает гравитационную линзу, которая искривляет и усиливает проходящий мимо свет, что создает светящееся кольцо.
Первая настоящая фотография сверхмассивной черной дыры
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. 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. сверхмассиваная черная дыра Стрелец А* в центре нашей галактики Млечный путь и черная дыра еще больших размеров, спрятанная в центре сверхгигантской эллиптической галактики Messier 87 (М87) в созвездии Девы.
Самая важная вещь во вселенной. Снимок черной дыры стал научным прорывом?
Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. Фотография плотного темного ядра черной дыры М87*, обрамленного аморфным светящимся кольцом, попала в заголовки международных СМИ. черная дыра в центре галактики М87.
Ученые заметили, как «мерцает» черная дыра
Это приводит к тому, что струи черной дыры мелко колеблются, и именно это было измерено в новом исследовании. Непонятные процессы черных дыр Конкретные процессы, которые вызывают вращение черных дыр пока неизвестны ученым. Главная теория указывает на то, что меньшие черные дыры формируются, поглощая звездный материал через аккреционный диск, и это заставляет их вращаться очень быстро. В течение миллионов лет они сталкиваются и, в конце концов, объединяются, становясь чрезвычайно сверхмассивными черными дырами.
Чтобы подтвердить эту гипотезу, исследователям нужно исследовать скорость вращения черных дыр разных размеров. Ранее мы сообщали о том, как астрономы усомнились в правдивости первого фото черной дыры.
Если бы это было так, то скорость вращения звезд по мере удаления от центра галактик падала бы.
Однако оптические и радионаблюдения показывают, что в большинстве случаев скорости вращения звезд и газа почти не зависят от расстояния до центра, а иногда даже возрастают к краю. Это обстоятельство указывает на то, что бал в большинстве галактик правит не столько видимое барионное вещество, сколько проявляющая себя исключительно гравитационным взаимодействием темная материя. Гигант на заднем дворе Чтобы точно определить массу центральной черной дыры, ученым необходимо принять в расчет все компоненты наблюдаемой галактики.
Поэтому изучение внутренних и внешних областей галактики позволяет отдельно оценить вклад звезд, газа и темной материи в общую массу. Таким способом астрономы и вычислили массу черной дыры в М-87 -- она оказалась равна 6,6 млрд солнечных масс. В терминах крупнейших галактик это буквально у нас на заднем дворе», -- пояснил карл Гебхардт.
Рекордная масса и сравнительно небольшое расстояние ок.
За счёт высокой яркости и близости релятивистский джет впервые был открыт именно в М87 ещё в 1918 году. Через сто с лишним лет, в 2019 году, телескоп «Горизонт событий» обнаружил центральный радиоисточник и асимметричную кольцевую структуру, соответствующую ожиданиям общей теории относительности в присутствии сверхмассивной чёрной дыры. Однако её вращение, имеющее решающее значение при формировании и эволюции джетов и галактики, непосредственно не наблюдалось. Изменение позиционного угла направления струи джета учёные отметили ещё с самых первых наблюдений в радиодиапазоне с высоким угловым разрешением в 2000 году.
Однако не было ясности в происхождении таких структурных изменений. На это могут оказывать влияние проявления активности чёрной дыры и вброса в джет вещества или развитие плазменных неустойчивостей. Рисунок 1. Верхняя панель: структура джета в M87 на частоте 43 ГГц при двухгодичном усреднении данных наблюдений. Белые стрелки указывают соответствующее направление джета.
Нижняя панель: изменение направления джета за все время наблюдений с 2000 по 2022 год. Красная линия представляет наилучшую подгонку моделью прецессирующей струи с периодом 11 лет. Источник: Nature Чтобы точно проследить долговременную морфологическую эволюцию джета вблизи сверхмассивной чёрной дыры в М87, учёные проанализировали 170 интерферометрических изображений, полученных в 2000—2022 году на частотах 22—24 и 43 ГГц. Именно эти снимки показали, что, помимо известной постоянной морфологии струи с уярчением к краям, за эти годы можно увидеть изменение позиционного угла направления струи.
В 1-й половине 1990-х гг. Массы сверхмассивных чёрных дыр оценивались по движению «пробных тел» звёзд, газовых облаков, газовых дисков и т. Радиусы сверхмассивных чёрных дыр в ряде случаев удавалось оценить с применением наблюдательных методов высокого углового разрешения. В настоящее время общепринято, что в ядре практически каждой галактики существует сверхмассивная чёрная дыра.
Кроме того, в ядрах многих галактик наблюдаются массивные звёздные скопления , которые в ряде случаев сосуществуют со сверхмассивной чёрной дырой. 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.
Астрофизики МГУ определили массу чёрной дыры в центре галактики М87
Ученые, изучающие сверхмассивную черную дыру в центре галактики M87, раскрыли происхождение мощного джета монстра и впервые сфотографировали джет и его источник вместе. Ученые, наблюдающие за компактным радиоядром M87, узнали больше о природе сверхмассивной черной дыры (СМЧД) этой галактики. 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). 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.