Астрофизики МГУ определили массу черной дыры в центре галактики М87 по рентгеновским данным с помощью инновационного метода, статья опубликована в журнале Astronomy and Astrophysics.
Опубликован первый в истории снимок черной дыры
Ученые, наблюдающие за компактным радиоядром M87, узнали больше о природе сверхмассивной черной дыры (СМЧД) этой галактики. Черные дыры производят звук. Когда черная дыра втягивает что-то, ее горизонт событий заряжает частицу близко к скорости света, производя звук. Джет — струи плазмы, вырывающиеся из центра черной дыры. У М87 длина джета — около пяти тысяч световых лет. Снимок зафиксировал свет, искривленный гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее Солнца.
Астрофизики МГУ определили массу чёрной дыры в центре галактики М87
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). Известно, что черная дыра M87 имеет аккреционный диск, подающий в нее вещество, и джет, выбрасывающий вещество со скоростями, близкими к скорости света. Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения.
Ученые: «чудовищная» черная дыра M87 вращается!
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.
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. Оказалось, что более яркая нижняя половина кольца объясняется допплеровским усилением излучения из-за вращения вещества вокруг черной дыры: сама она быстро вращается, а вещество вокруг нее сильно замагничено. Это первое наблюдение черной дыры позволило опровергнуть некоторые теории гравитации. Например, в центре М87 точно находится не кротовая нора и не голая сингулярность. Так что общая теория относительности пока выдерживает проверку. Зачем продолжили наблюдать и обрабатывать данные?
Во-первых, научные результаты обязательно нужно перепроверять. Недавно ученые «открыли» высокотемпературный сверхпроводник. Потом проверили — не подтвердилось, расстроились — работают дальше. В случае с EHT так не получится, потому что аналогичных телескопов нет. Свои результаты EHT может подтвердить только сам. Во-вторых, были данные. Телескоп работал в 2018-м, когда даже внутри коллаборации ни у кого еще не было изображений за прошлый год и никто не знал, успешны ли те наблюдения. Раз данные есть — надо их обработать. Обработали — публиковать. В-третьих, хотелось ответить новыми результатами на критику японских астрономов под руководством Макото Миёси.
Его команда утверждала, что в данных EHT 2017 года нет никакого кольца, зато есть джет протяженностью 1000—10000 микросекунд. Но EHT в 2017-м не мог регистрировать такие большие структуры — это раз. Мы нашли ошибки в их алгоритмах — это два. И в конце концов получили такое же кольцо по новым данным.
Предположения о существовании в этом месте черной дыры появились еще в конце прошлого века. Тогда астрономы заметили странное движение звезд вокруг объекта. В 2020 году за это открытие была присуждена Нобелевская премия.
Темная центральная область на кадре называется тенью.
Снимок зафиксировал свет, искривленный гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее Солнца. Черная дыра в центре Млечного Пути. Чтобы получить картинку, команде ученых пришлось объединить восемь радиообсерваторий в единый виртуальный телескоп.
Производят звук и не всасывают объекты: что мы знаем о черных дырах
Искусственный интеллект доработал знаменитое фото сверхмассивной черной дыры в центре галактики Messier 87 (M 87). На изображении, опубликованном четыре года. Сравнение двух снимков сверхмассивной чёрной дыры в центре М 87, сделанных в 2017 и 2018 годах. а именно в галактике Messier 87 - удалось сделать благодаря Телескопу горизонта событий. Черные дыры производят звук. Когда черная дыра втягивает что-то, ее горизонт событий заряжает частицу близко к скорости света, производя звук. Знаменитое изображение черной дыры в центре галактики M87, которую иногда называют «оранжевым пончиком», впервые улучшили с помощью машинного обучения.
КосмоСториз: Черная дыра в деталях (Новые снимки центра Галактики М87)
Они поглощают материю, расположенную в непосредственной близости от них. Известно, что они также могут выпускать мощные струи материи, выходящие за пределы галактик. Но как именно это происходит, остается загадкой. Чтобы изучить это напрямую, нам нужно наблюдать происхождение джета, расположенного как можно ближе к черной дыре". На впервые опубликованном снимке как раз и запечатлен такой момент: основание джета соединяется с веществом, вращающимся вокруг сверхмассивной черной дыры.
Добавим, что галактика M87 расположена в 55 миллионах световых лет от Земли.
И наконец, в апреле 2019 года, международная команда ученых объединила усилия и получила первое изображение черной дыры в галактике M87. 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.
Множество ученых по всему миру, вооружившись восемью телескопами, самыми передовыми компьютерами и целым багажом информации, накопленной за сотню лет, смогли сделать настоящую фотографию черной дыры. Весь этот проект назвали «Телескоп горизонта событий» Event Horizon Telescope. В дополнение к предоставлению картины, которая будет быстро включена в учебные материалы по всему миру, результаты помогли в очередной раз подтвердить Общую Теорию Относительности Эйнштейна. Это дало астрофизикам беспрецедентный крупный план этих загадочных, плотных небесных явлений. 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. Однако не только этим М87 привлекла внимание ученых. Больше всего их заинтриговала плазма, которая струей изливается из самого центра черной дыры. По первым предположениям, это неизвестное вещество, которое по каким-то причинам не попадает за горизонт событий. Черная дыра, согласно наблюдениям, вращается и работает в качестве ускорителя частиц, выбрасывая их в космос. Таким образом можно сказать, что этот гигант работает как маяк для наблюдателей Вселенной.
Те первые снимки были впечатляющим достижением. Потребовалось много лет работы и множество радиотелескопов, которые охватили весь земной шар, объединив свои наблюдения для получения изображения области космоса, не намного превышающей размеры Солнечной системы, с расстояния 55 миллионов световых лет. Сверхмассивная черная дыра активна, поглощает материал из горячего диска пыли и газа вокруг себя.