Центр Галактики: как астрономы рассмотрели главную черную дыру Млечного Пути
Научный мир облетела долгожданная новость — получено первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути. Для этого ученым понадобился телескоп размером с земной шар. Как это достижение стало возможным и почему оно так важно, объясняет научный обозреватель Forbes Анатолий Глянцев
Астрономы получили первое изображение центральной черной дыры Млечного Пути. Долгожданный успех потребовал труда более 300 исследователей из 80 научных центров. Астрономы связали в сеть восемь радиотелескопов, разбросанных от Испании до Гавайев и от Аризоны до Антарктиды. Результатом стало полученное с помощью радиоволн изображение. Называть его фотографией или снимком не слишком уместно. Тем не менее и фото в видимом свете выглядело бы примерно так же, если бы мы могли его получить.
На изображении можно видеть яркое кольцо с черным пятном в середине. Это кольцо образовано излучением, кружащим вокруг черной дыры по спирали. Вообще-то радиоволны, как и лучи света, должны распространяться по прямой. Но гравитация черной дыры сильно искривляет пространство вокруг нее. И прямыми в этой новой геометрии являются линии, с нашей точки зрения очень далекие от прямых.
Часть радиоволн по спирали уходит под условную поверхность черной дыры — горизонт событий. После ее пересечения ничто, даже свет, уже не может вырваться обратно. Другая часть выходит наружу, в космос. Эти радиоволны сбегают от черной дыры и достигают наших антенн, позволяя нам любоваться ярким кольцом.
Черное пятно внутри кольца — это так называемая тень.
Если эта картинка кажется вам знакомой, вы не ошиблись. Она очень похожа на изображение центральной черной дыры галактики М87, опубликованное в 2019 году той же научной коллаборацией.
Млечный Путь и положение его центральной черной дыры. (Фото ESO)Теперь ученые располагают уже двумя «портретами» черных дыр, которые различаются по массе более чем в 1000 раз и находятся в двух очень непохожих галактиках. Сравнивая их между собой, исследователи глубже проникнут в свойства сверхмассивных черных дыр — возможно, самых загадочных и экзотических объектов Вселенной.
Физика почти невозможного
Черные дыры предсказаны общей теорией относительности Эйнштейна, связывающей воедино пространство, время и тяготение.
Физики-экспериментаторы и астрономы-наблюдатели много десятилетий устраивают этой теории самые разные тесты, и пока она их с блеском проходит. Но прямое наблюдение черных дыр — одна из самых радикальных проверок. Это не тонкие, едва заметные эффекты вроде изменения хода часов на спутниках Земли, а грубое насилие гравитации над пространством и временем. Если столь экстремальный процесс подчиняется строгим требованиям теории относительности, значит, одна из самых красивых и глубоких теорий в истории науки выдержала суровое испытание. А если вдруг нет (кто знает?), то теоретикам придется искать новые ключи к реальности — задача столь же трудная, сколь и заманчивая.
Роль центральных черных дыр в жизни галактик тоже полна загадок — ясно лишь, что она велика. По мнению разных исследователей, эти монстры могут останавливать рост галактик и даже создавать пригодные для жизни планеты.
Словом, черные дыры интересуют всех. Но наблюдать их не так-то просто, даже если речь идет о ближайшей сверхмассивной черной дыре — нашей собственной.
Материал по теме
Дыра в сердце
Астрономы уже почти столетие знают, что в сердце Млечного Пути находится нечто интересное. В 1930-х инженеры, создававшие новые системы связи, буквально наткнулись на радиоволны из центра Галактики. Так и началась история радиоастрономии. В 1970-е стало понятно, что источник этих волн — очень компактное и яркое тело в созвездии Стрельца.
Оно получило название Стрелец А*. Когда появились рентгеновские и инфракрасные телескопы, оказалось, что загадочный объект ярко светится и в этих диапазонах. Но что же он представляет собой?
Ученые подозревали, что это черная дыра, окруженная диском постепенно падающего на нее вещества. Могучая гравитация «хищницы» разгоняет материю до околосветовых скоростей. Сталкиваясь друг с другом, потоки вещества разогреваются трением до миллионов градусов. Окружающий черную дыру диск раскаленной материи идеально подходит на роль «светильника», сияющего во всех диапазонах — от радиоволн до рентгеновских лучей. Он был бы виден и в оптические телескопы, не будь центр Галактики закрыт облаками пыли, поглощающей свет.
Но правдоподобная гипотеза — совсем не то же самое, что установленный факт. Доказательства, что в Стрельце А* угнездилась именно черная дыра и ничто иное, появились лишь спустя десятилетия.
Их добыли научные группы под руководством Райнхарда Генцеля и Андреа Гез. В 2020 году они получили за эту работу Нобелевскую премию по физике (совместно с теоретиком Роджером Пенроузом).
Группы Генцеля и Гез наблюдали в инфракрасные телескопы за звездами, обращающимися вокруг Стрельца А*. Нанеся на карту орбиты этих светил, эксперты вычислили массу и размер центрального тела. Это был очень кропотливый труд: приступив к нему в начале 1990-х, ученые опубликовали результаты только в 2008 году.
Из этих результатов следовало: небесное тело в центре Стрельца А* размерами не превосходит Солнечной системы, но имеет массу в 4 млн солнц. Следовательно, оно может быть только черной дырой. Других объектов с подобными свойствами просто не существует (разве что в самых экзотических теориях).
Сравнение размеров двух черных дыр — M87* и Стрелец A* (Фото ESO)Итак, существование сверхмассивной черной дыры в Стрельце А* (а вместе с ней и существование черных дыр вообще) было доказано.
И немудрено. Согласно теории, черная дыра массой в 4 млн солнц имеет диаметр в 24 млн км. Это примерно 16% расстояния от Земли до Солнца, то есть много меньше верхнего предела, установленного по наблюдениям Генцеля и Гез. При этом она находится в 27 000 (или, по новым данным, в 25 800) световых лет от нас. С такого расстояния объект радиусом в 16% земной орбиты — все равно что спичечный коробок на Луне. Никакой отдельно взятый телескоп, оптический или какой угодно, не в силах его разглядеть.
Телескоп размером с планету
Однако и коробок спичек на Луне — посильная цель для нескольких телескопов, объединенных в один.
Правда, этот виртуальный инструмент получит лишь часть информации, доступной тысячекилометровому исполину. Поэтому желательно использовать не два телескопа, а целую сеть инструментов на разных расстояниях друг от друга. Чем гуще эта сеть, тем ближе она по своим возможностям к гигантскому цельному телескопу.
Интерферометры, как и одиночные инструменты, можно делать оптическими, инфракрасными и любыми другими. Но есть нюанс. Расстояние между отдельными телескопами в сети нужно контролировать с точностью до длины волны принимаемого излучения. Иначе система просто не будет работать.
Радиоволны имеют длину от миллиметра и выше.
Выдерживать тысячекилометровые дистанции с такой точностью трудно, но возможно. Инфракрасные волны короче, световые — еще короче, и т.д. Так что во всех диапазонах, кроме радио, о межконтинентальных интерферометрах пока можно только мечтать. Поэтому задача разглядывать «коробки на Луне» ложится на плечи радиоастрономов, и эти коробки должны быть радиопередатчиками. К счастью, Стрелец А* как раз из таких.
Материал по теме
Портрет монстра в его логове
Специалисты тестировали и настраивали EHT несколько лет. В 2017 году сеть достигла разрешения, позволяющего «увидеть» черную дыру.
На этот момент она насчитывала восемь телескопов, расположенных в Испании, Мексике, Чили, на Гавайях, в материковой части США и в Антарктиде. Выбор географии не случаен: чтобы работать вместе, все инструменты должны находиться в одной половине земного шара. В данном случае это Западное полушарие. Астрономы стран Восточного полушария, в том числе российские, не могли подключить к сети свои телескопы. Однако они участвовали в других важных этапах работы, например, в обработке полученных данных.
В апреле 2017 года сеть EHT наблюдала две цели: центральные объекты двух галактик: Млечного Пути (Стрелец А*) и галактики М87 (его обозначают М87*). В центре М87* тоже угнездилась сверхмассивная черная дыра. Она находится в 55 млн световых лет от Земли, гораздо дальше «нашей» черной дыры. Однако она и более чем в 1000 раз больше, так что видимый размер двух «хищниц» почти одинаков.
Более того, в итоге далекая черная дыра оказалась куда более удобным объектом наблюдений. Вот почему это произошло.
Обе черные дыры окружены светящимися дисками вещества, кружащими вокруг них с околосветовой скоростью. Но диск вокруг черной дыры в галактике М87 имеет огромный диаметр. Поэтому внешние слои этого диска совершают полный оборот за несколько недель, а внутренние — за несколько дней. В Стрельце А* диск куда более узкий, и на полный оборот ему хватает нескольких минут. А наблюдения между тем занимали много часов. Это было похоже на попытку снять беспорядочно летающую муху на фотоаппарат с долгой экспозицией.
Чтобы преодолеть эти трудности, ученым пришлось разработать новые алгоритмы обработки данных и целую библиотеку компьютерных моделей черных дыр. Поэтому изображение черной дыры в Стрельце А* и было готово на целых три года позже, чем в М87*.
К слову, с тех пор к сети EHT присоединились три новых телескопа, расположенных в США, Франции и Гренландии. Присоединение гренландского инструмента особенно важно: теперь сеть перекрывает почти все полушарие не только с запада на восток, но и с севера на юг. Так что в скором будущем мы можем увидеть новые, еще более подробные портреты черных дыр.
Сверхмассивные черные дыры в центрах галактик
Автор: Кулькова Светлана 12.05.2022 18:45
Интересное
Теги:
- галактика
- черная дыра
Как показали наблюдения, Вселенная создает черные дыры широкого диапазона масс и размеров. Не ограничивается только умирающими звездами-гигантами, а рождает монстров в десятки миллиардов раз массивнее. Один из таких монстров расположен в ядре нашей Галактики…
В центре Млечного пути находится так называемый яркий радиоисточник Стрелец А.
Долгое время для ученых оставалось полнейшей загадкой, какое грандиозное событие генерирует этот необычайно мощный радиопоток, вращающийся с огромной скоростью.
Поскольку центр нашей Галактики закрыт плотными облаками пыли, разглядеть источник сигнала обычными телескопами затруднительно. Но это стало возможным благодаря телескопам, воспринимающим инфракрасные волны и рентгеновское излучение, которое свободно проходит сквозь заслонявшие обзор пылевые облака.
12 мая 2022 года проект Event Horizon Telescope (EHT) опубликовал снимок ядра галактики Млечный путь, где находится сверхмассивная черная дыра Sagittarius A* (изображение слева). Этот снимок стал вторым в истории изображением сверхмассивной черной дыры. Первое изображение было получено 3 года назад и показало нам силуэт сверхмассивной черной дыры в галактике М87.
В ЦЕНТРЕ ГАЛАКТИКИ МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ
Благодаря многолетним тщательным наблюдениям астрономы теперь увидели, что в ядре нашей Галактики расположена сверхмассивная черная дыра.
Ее масса составляет около 4,3 миллионов солнечных масс, а сфера горизонта событий имеет диаметр 25,4 миллионов километров. Галактическую черную дыру окружает гигантский аккреционный диск, состоящий из раскаленного газа и вращающийся со ошеломительной скоростью (до 30 % скорости света вблизи горизонта событий).
Изображение окрестностей галактического центра Млечного Пути (Sgr A* — положение черной дыры)
Изображение: Chandra (NASA)
Вблизи этой сверхмассивной чёрной дыры наблюдаются отдельные звёзды. Благодаря высокой разрешающей способности современных телескопов были рассчитаны точные орбиты ближайших к центру Галактики 28 звёзд. Наиболее интересной среди которых является звезда S2. За время наблюдений (1992—2021), она сделала почти два полных оборота вокруг чёрной дыры, что позволило с большой точностью оценить параметры её орбиты. Период обращения вокруг центра Галактики этой звезды составляет 15 лет.
Траектории звёзд, ближайших к центру Галактики по данным наблюдений 1995—2003 годов
В спокойном состоянии объект Стрелец А* излучает в радио, рентгеновском и гамма-диапазонах, но в моменты активности яркость вспышек излучения, которые случаются ежедневно в течение нескольких часов, повышается в 10—100 раз!
ВЫБРОСЫ ПЛАЗМЫ И ПУЗЫРИ ФЕРМИ
У активных галактик наблюдаются струи плазмы, вырывающиеся из их ядер.
Причиной появления таких струй часто является взаимодействие магнитных полей с аккреционным диском вокруг сверхмассивной чёрной дыры. Как уже известно, притянутая черной дырой материя кружится по спирали вокруг нее, сильно ускоряясь у горизонта событий (границы черной дыры), и часть ее вырывается в виде двух мощных струй (джетов), которые устремляются наружу с полюсов черной дыры почти со скоростью света прочь от нее.
Анатомия черной дыры
Недавние исследования также показали, что в прошлом из ядра нашей Галактики был мощный выброс потока материи в обе стороны от плоскости Млечного пути. Вообще наша черная дыра «спокойнее» многих других, которые активно поглощают окружающее вещество в галактиках.
Внутренняя структура центра активной галактики
Изображение Astrogalaxy.ru
В ноябре 2010 года космический гамма-телескоп Ферми (Fermi Gamma-ray Space Telescope) обнаружил две крупные структуры, расположенных над и под центром нашей Галактики.
Они располагаются перпендикулярно плоскости Млечного Пути и простираются на 50 тысяч световых лет (при диаметре самой Галактики в 100 тысяч световых лет). Структура, которая видна только в рентгеновском диапазоне длин волн, имеет форму песочных часов и занимает половину видимого неба — от созвездия Девы до созвездия Журавля.
Пузыри «Ферми»
Розовым показаны области гамма-излучения, синим — области рентгеновского излучения
Изображение NASA’s Goddard Space Flight Center
Подобные структуры были обнаружены и в других галактиках, например, у галактики Андромеды (М31). Ее размеры тоже около 21-25 тысяч световых, а яркость даже выше, благодаря наличию более массивной черной дыры в центре Андромеды.
Скорее всего, около 1-2 миллионов лет назад в центре Млечного Пути происходили какие-то взрывные процессы — предположительно, из-за слишком активного падения вещества на черную дыру. Возможно, пару миллионов лет назад наша центральная черная дыра пыталась проглотить что-то очень массивное (возможно, звездное скопление или плотное облако межзвездной пыли), что привело к образованию этих пузырей.
Многолетние наблюдения с помощью космического телескопа Хаббл показали, что большинство галактик предположительно имеют сверхмассивные черные дыры в центре (на это указывали выбросы-выхлопы и интенсивное излучение из ядер галактик), и астрономы занялись поиском способов запечатлеть эти невидимые гипотетические объекты — для этого понадобилось скоординировать работу радиотелескопов по всей планете в единую глобальную сеть.
ПЕРВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ
В 2019 году ученым удалось собрать первое в мире изображение черной дыры в ядре эллиптической галактики Мессье 87, расположенной на расстоянии 500 миллионов триллионов километров (53 миллиона световых лет). Галактика М87 расположена у верхней границы созвездия Девы, чуть ниже созвездия Волосы Вероник, и находится вблизи центра Скопления Девы и является самой крупной галактикой и массивной в нем. Сверхмассивная черная дыра в ее центре имеет ширину в 40 миллиардов километров и в 6,5 миллиардов раз больше массы Солнца.
На изображении слева, полученном рентгеновской обсерваторией Chandra — центральная область галактики М87 и вырывающийся из неё отчетливый джет плазмы
(у нашей галактической черной дыры Sgr A* активного сейчас джета нет).
На вставке (справа) — первое изображение тени чёрной дыры, окруженной разогретым до огромных температур веществом.
Источник: NASA/CXC/Villanova University/J. Neilsen, Event Horizon Telescope Collaboration, chandra.harvard.edu
Для получения этого снимка астрономы объединили в глобальную сеть восемь телескопов со станциями интерферометрии (VLBI) по всей Земле. Радиотелескопы находятся, в частности, во Франции, Чили, на острове Гавайи, Южном полюсе. Проект EHT (Event Horizon Telescope) стартовал в апреле 2017 года, когда астрономы начали следить за черными дырами в галактике М87 и в нашей галактике Sgr A* (Стрелец А*).
Проект EHT (Event Horizon Telescope)
Наблюдения проекта позволили построить подробные карты области вокруг черной дыры, с угловым разрешением 20 угловых микросекунд.
Ученые обрабатывали полученную с помощью EHT информацию на суперкомпьютере в обсерватории Хайстак (Массачусетский технологический институт, США) и Институте радиоастрономии имени Макса Планка в Бонне (Германия) на протяжении двух лет, прежде чем продемонстрировали первую в истории фотографию черной дыры.
Изображение аккреционного диска вокруг черной дыры в центре галактики M87
Отдельные «черточки» показывают направление силовых линий магнитного поля в аккреционном диске.
Изображение: eso.org
ПЕРВОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ЧЕРНОЙ ДЫРЫ В ЦЕНТРЕ НАШЕЙ ГАЛАКТИКИ
С тех пор усилия ученых были направлены на получения такого же подробного изображения черной дыры Sgr A* (Стрелец А*) в центре Млечного Пути. При съемке черной дыры Стрелец A* было получено шесть тысяч терабайт данных, анализ и обработка которых заняли несколько лет. В проекте EHT задействовали уже 11 телескопов, данные обрабатывают 300 научных сотрудников из 80 институтов по всему миру.
И вот сегодня, 12 мая 2022 года, на пресс-конференции из Южной Европейской Обсерватории (ESO) было представлено первое изображение сверхмассивной черной дыры в нашей Галактике.
Получить эту фотографию оказалось намного сложнее, чем для галактики М87, поскольку раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры Млечного пути, совершает полный оборот всего за пару минут, из-за чего структурные детали объекта меняются очень быстро, и в итоге изображение при длительной выдержке получается сильно размытым. Ученым пришлось в помощью различных вычислительных методов усреднить тысячи визуализаций по данным наблюдений с разных обсерваторий, задействованных в проекте «Event Horizon Telescope». Была проведена просто колоссальная работа, чтобы показать всему миру этот казалось бы «размытый бублик», но для научного мира это поистине сенсационное событие!
Изображение силуэта сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, полученное в радиодиапазоне при помощи сети радиотелескопов
Сравнительные размеры черных дыр в центрах галактик М87 и Млечный Путь — наша чёрная дыра Sgr A* крошечная по сравнению с М87*.
Объект Стрелец А* помещается в орбиту Меркурия, тогда как чёрная дыра М87* намного больше размеров Солнечной системы.
Изображение: Event Horizon Telescope (EHT)
Существование черных дыр следует из Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, считающейся сегодня стандартной теорией гравитации. Полученный снимок черной дыры Стрелец A*, расположенной в центре Млечного Пути на расстоянии примерно 27 тысяч световых лет от Земли и превосходящей по массе Солнце в 4 миллиона раз — это первое визуальное свидетельство присутствия черной дыры в центре нашей Галактики.
В дальнейшем перед учеными стоит задача выяснить, почему одни черные дыры являются центрами сверхсильных источников излучения, как например квазары, в то время как другие, в том числе наш Стрелец A*, довольно спокойны. Стоит отметить, что помимо обычных галактик во Вселенной есть так называемые квазары, являющихся одними из самых ярких в видимой Вселенной.
Один квазар светит, как несколько сотен миллиардов звезд одной Галактики. Несмотря на огромные расстояния, на которых наблюдают квазары, выглядят они как обычные звезды, расположенные намного ближе, поэтому их назвали квази-звездными объектами, сокращенно квазарами. В центрах этих сверхярких галактик также находятся ненасытные сверхмассивные черные дыры, при этом они выделяют невероятное количество энергии в космос и уничтожают всё до чего могут дотянуться…
О квазарах в следующем материале… (в разработке)
Поздоровайтесь со Стрельцом A*, черной дырой в центре галактики Млечный Путь. центр галактики Млечный Путь. Крис Импи, астроном из Аризонского университета, объясняет, как команда получила это изображение и почему оно так важно.
1. Что такое Стрелец А*?
Стрелец A* находится в центре нашей галактики Млечный Путь, в направлении созвездия Стрельца. В течение десятилетий астрономы измеряли выбросы радиоволн из чрезвычайно компактного источника.
В 1980-х годах две команды астрономов начали отслеживать движение звезд вблизи этого загадочного источника радиоволн. Они видели звезды, вращающиеся вокруг темного объекта со скоростью до трети скорости света. Их движения предполагали, что в центре Млечного Пути находится черная дыра, масса которой в 4 миллиона раз превышает массу Солнца. Рейнхард Гензель и Андреа Гез позже разделили Нобелевскую премию по физике за это открытие.
Размер черной дыры определяется ее горизонтом событий — расстоянием от центра черной дыры, в пределах которого ничто не может ускользнуть. Ученые ранее смогли подсчитать, что Стрелец A * имеет диаметр 16 миллионов миль (26 миллионов километров).
Черная дыра Млечного Пути огромна по сравнению с черными дырами, которые остаются после смерти массивных звезд. Но астрономы считают, что в центре почти всех галактик есть сверхмассивные черные дыры. По сравнению с большинством из них Стрелец А* скуден и ничем не примечателен.
2. Что показывает новое изображение?
Невозможно получить прямое изображение черной дыры, потому что ни один свет не может вырваться из-под ее гравитации.
Но можно измерить радиоволны, излучаемые газом, окружающим черную дыру.
Сотрудничество EHT, CC BY-SAСами по себе черные дыры абсолютно темные, поскольку ничто, даже свет, не может избежать их гравитации. Но черные дыры окружены облаками газа, и астрономы могут измерить этот газ, чтобы вывести изображения черных дыр внутри. Центральная темная область на изображении — это тень, отбрасываемая черной дырой на газ. Яркое кольцо — это сам светящийся газ. Яркие пятна на кольце показывают области более горячего газа, который однажды может упасть в черную дыру.
Часть газа, видимого на изображении, на самом деле находится позади Стрельца A*. Свет от этого газа отклоняется мощной гравитацией черной дыры к Земле. Этот эффект, называемый гравитационным линзированием, является основным предсказанием общей теории относительности.
Галактические ядра, как и центр Млечного Пути, видимый на этой фотографии, полны газа и мусора, что очень затрудняет получение каких-либо прямых изображений звезд или черных дыр там.
НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калифорнийский технологический институт, CC BY-NC3. Что пошло на создание этого изображения?
Сверхмассивные черные дыры чрезвычайно трудно измерить. Они находятся далеко и окутаны газом и пылью, забивающей центр галактик. Они также относительно малы по сравнению с необъятностью космоса. От того места, где находится Стрелец А*, в 26 000 световых лет от центра Млечного Пути, только 1 из 10 миллиардов фотонов видимого света может достичь Земли — большая часть поглощается газом на пути. Радиоволны проходят через газ гораздо легче, чем видимый свет, поэтому астрономы измерили радиоизлучение газа, окружающего черную дыру. Оранжевые цвета на изображении представляют эти радиоволны.
Исследователи использовали восемь телескопов со всего мира, расположенных в точках пересечения белых линий, чтобы они действовали как единый массивный телескоп. ЭСО/л. Кальсада, CC BY-ND Команда использовала восемь радиотелескопов, разбросанных по всему миру, для сбора данных о черной дыре в течение пяти ночей в 2017 году.
Каждую ночь генерировалось столько данных, что команда не могла отправить их через Интернет — им приходилось отправлять физические жесткие диски туда, где они обрабатывали данные.
Поскольку черные дыры так трудно увидеть, в данных, которые собирают телескопы, существует много неточностей. Чтобы превратить все это в точное изображение, команда использовала суперкомпьютеры для создания миллионов различных изображений, каждое из которых представляло собой математически жизнеспособную версию черной дыры, основанную на собранных данных и законах физики. Затем они смешали все эти изображения вместе, чтобы получить финальное красивое и точное изображение. Время обработки было эквивалентно работе 2000 ноутбуков на полной скорости в течение года.
4. Почему новое изображение так важно?
В 2019 году команда Event Horizon Telescope опубликовала первое изображение черной дыры — на этот раз в центре галактики M87. Черная дыра в центре этой галактики, названная M87*, представляет собой чудовище, в 2000 раз больше, чем Стрелец A*, и в 7 миллиардов раз больше массы Солнца.
Но поскольку Стрелец A* находится в 2000 раз ближе к Земле, чем M87*, телескоп Event Horizon смог наблюдать обе черные дыры с одинаковым разрешением, что дало астрономам возможность узнать о Вселенной, сравнив их.
Сходство двух изображений поразительно, потому что маленькие звезды и маленькие галактики выглядят и ведут себя совершенно иначе, чем большие звезды или галактики. Черные дыры — единственные существующие объекты, подчиняющиеся только одному закону природы — гравитации. И гравитации наплевать на масштаб.
Последние несколько десятилетий астрономы считали, что в центре почти каждой галактики есть массивные черные дыры. В то время как M87* — необычно огромная черная дыра, Стрелец A*, вероятно, очень похож на многие из сотен миллиардов черных дыр в центрах других галактик во Вселенной.
5. На какие научные вопросы это может ответить?
На основе данных, собранных командой, предстоит еще много научных исследований.
Одним из интересных направлений исследования является тот факт, что газ, окружающий Стрелец A*, движется со скоростью, близкой к скорости света. Стрелец А* относительно мал, и материя просачивается в него очень медленно — если бы он был размером с человека, то поглощал бы массу одного рисового зернышка каждый миллион лет. Но сделав множество снимков, можно было бы наблюдать за потоком материи вокруг черной дыры и внутрь нее в режиме реального времени. Это позволило бы астрофизикам изучить, как черные дыры потребляют материю и растут.
Картинка стоит тысячи слов, а по этому новому изображению уже написано 10 научных статей. Я ожидаю, что их будет еще много.
Насколько велика самая большая черная дыра во Вселенной?
- Черные дыры — самые плотные объекты во Вселенной, что придает им мощное гравитационное притяжение к окружающему пространству.
- Они могут быть в миллионы раз больше солнц и планет или размером с город.
- Используя только гравитацию, черные дыры могут разрывать на части целые планеты и звезды, но их сила зависит от того, сколько массы находится внутри.
Спасибо за регистрацию!
Получайте доступ к своим любимым темам в персонализированной ленте, пока вы в пути.
Ниже приводится стенограмма видео.
Рассказчик: Космос может быть опасным местом. Возьмем, к примеру, черные дыры. Это одни из самых агрессивных объектов в нашей вселенной, достаточно мощные, чтобы разорвать на куски целые звезды.
Их секретное оружие — гравитация. Видите ли, чем больше массы вы сможете сжать в маленьком пространстве, тем сильнее станет ваша гравитационная сила. Например, чтобы превратить Землю в черную дыру, вам придется уменьшить ее до размера менее дюйма в поперечнике.
Но настоящие черные дыры намного больше и обладают большей массой, чем Земля. Вот насколько большими могут быть черные дыры.
Существует три распространенных типа черных дыр. Наименьшими из них являются звездные черные дыры, которые образуются после того, как гигантская звезда взорвется и разрушится сама на себя, как эта, которая имеет диаметр около 40 миль, что примерно в три раза превышает длину Манхэттена. Но в этом маленьком пространстве достаточно массы, чтобы равняться 11 нашим солнцам.
В другой галактике, называемой M33, есть черная дыра диаметром 58 миль и массой 15,7 солнц внутри.
Далее идут черные дыры промежуточной массы, такие как эта.
Его диаметр составляет 1460 миль, что почти достаточно, чтобы протянуться от Флориды до Мэна, и, по некоторым расчетам, содержит массу 400 солнц.
В этот момент черные дыры начинают становиться довольно большими по сравнению с Землей, но это все еще ничто, если учесть их массу. Возьмем, к примеру, эту черную дыру. Он почти в два раза больше Юпитера, охватывает область шириной около 172 000 миль, но внутри его масса равна 47 000 солнц.
Но эти черные дыры ничто по сравнению со сверхмассивными черными дырами, такими как Стрелец А*, который живет в центре нашей галактики Млечный Путь. Он охватывает регион диаметром около 14,6 миллионов миль. Это примерно 168 юпитеров в поперечнике, а внутри такое же количество массы, как 4 миллиона солнц вместе взятых. Это может показаться большим, но Стрелец A* мал по сравнению с другими сверхмассивными черными дырами.
Возьмем ту, что находится в центре нашего соседа, галактики Андромеды, которая имеет диаметр 516 миллионов миль, больше, чем орбита Юпитера, и имеет массу, равную массе 140 миллионов солнц.
Мы, наконец, добрались до некоторых из самых больших черных дыр во Вселенной, и все же мы не достигли той, которая превосходит по размеру нашу Солнечную систему.
Итак, давайте посмотрим на сверхмассивную черную дыру в центре галактики Сомбреро. Его диаметр составляет 2 миллиарда миль, поэтому он простирается дальше, чем орбита Урана, и имеет примерно такую же массу, как 660 миллионов солнц.
А сверхмассивная черная дыра в центре Мессье 87 настолько велика, что астрономы могут видеть ее с расстояния 55 миллионов световых лет. Это 24 миллиарда миль в поперечнике и содержит ту же массу, что и 6 1/2 миллиарда солнц. Но эта сверхмассивная черная дыра, какой бы большой она ни была, все еще может поместиться в нашей Солнечной системе с большим запасом места.
Итак, нам предстоит взглянуть на одну из самых массивных из всех сверхмассивных черных дыр. Его диаметр составляет около 78 миллиардов миль. Для перспективы, по некоторым оценкам, это около 40% размера нашей Солнечной системы.