Фото черной дыры в центре Млечного Пути: почему это важно
12 мая 2022 года была официально подтверждена ранее высказанная теория о строении спиральной галактики Млечный Путь. Именно в этот день состоялась конференция ученых проекта Event Horizon Telescope (EHT), на которой были обнародованы изображения сверхмассивной черной дыры Стрелец А*, которая находится в самом центре нашей галактики.
История черных дыр
Еще в 1915 году из предложенной Альбертом Эйнштейном «Общей теории относительности» были выведены уравнения Эйнштейна — Гильберта, описывающие гравитационные поля. В том же году одно из точных решений этих уравнений было получено Карлом Шварцшильдом. Из него следовало, что в космическом пространстве должны существовать такие области пространства-времени, гравитационное притяжение которых настолько велико, что покинуть их не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе кванты самого света). Тогда подобные астрофизические объекты называли «сколлапсировавшие звезды» или «застывшие звезды».
Но в 1967 году американский физик-теоретик Джон Арчибальд Уиллер в своей лекции «Наша Вселенная: известное и неизвестное» популяризировал название «черная дыра» применительно к таким областям. Кто именно придумал это емкое и будоражащее воображение определение, доподлинно неизвестно, но с этого времени черные дыры заняли мысли многих.
Читайте также
Получены первые снимки тени сверхмассивной черной дыры в центре Галактики
Эти области огромного гравитационного притяжения долгое время существовали исключительно как теоретические объекты, открытые лишь благодаря вычислениям и следованию общей теории относительности. Потрогать черную дыру или даже увидеть ее нет никакой возможности — кванты света не покидают черной дыры, а значит, для наблюдателя сам объект остается невидимым. Ее существование подтверждается только тем, как такие объекты воздействуют на звезды, которые находятся поблизости.
Телескоп горизонта событий
Если саму черную дыру увидеть нельзя, то есть все-таки возможность увидеть светящийся газ вокруг нее: свечение вращающегося по орбите и постепенно падающего в дыру вещества — аккреционного диска.
Для этого был создан проект Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий»), который представляет собой целую сеть из восьми радиотелескопов-интерферометров, объединяющих данные нескольких станций интерферометрии с очень длинной базовой линией (VLBI) по всей Земле. То есть раскиданные по разным точкам нашей планеты телескопы работают как единый гигантский виртуальный радиотелескоп с диаметром антенны, близким к диаметру Земли.
Что такое интерферометрия?
Этот метод использует интерференцию, то есть разделение пучка электромагнитного излучения или радиоволн на два или большее количество когерентных пучков. Каждый из них проходит свой путь до решетки радиотелескопа, после чего создается единая интерференционная картина наблюдения. Этот метод позволяет вместо одного гигантского телескопа построить несколько меньшего размера, разместить их на расстоянии друг от друга и получить телескоп с большим угловым разрешением
Телескоп фиксирует фронт одной электромагнитной волны от источника в разные временные промежутки.
Затем благодаря специальным атомным часам данные синхронизируются. Это позволяет увеличить угловое разрешение телескопов до нескольких десятков угловых микросекунд при наблюдении за одним объектом с разных точек Земли.
В астрономии при измерении плоских углов в градусных мерах используется такая единица, как угловая секунда. Она примерно соответствует углу, под которым виден футбольный мяч с расстояния около 45 км. В случае телескопа EHT мы имеем дело со стотысячными долями угловой секунды. Для наблюдения с Земли черная дыра на расстоянии тысяч световых лет имеет примерно такой же угловой размер, как и апельсин на расстоянии от Земли до Луны. Поэтому для его наблюдения и требуется такая система из нескольких интерферометров.
Читайте также
В древней галактике обнаружили несколько «зародышей» сверхмассивной черной дыры
Минус этой системы в том, что синхронизированные данные наблюдений, полученные со всех телескопов, требуется сводить вместе при помощи долгих и очень ресурсоемких компьютерных вычислений.
То есть наблюдения длятся днями, а затем месяцами, а то и годами обрабатываются полученные данные.
От Мессье 87 до Стрельца А*
Первое изображение тени черной дыры было опубликовано 10 апреля 2019 года. «Моделью» стала сверхмассивная черная дыра из Мессье 87 — сверхгигантской эллиптической галактики, крупнейшей в созвездии Девы. Несмотря на большую удаленность — 53,5 млн световых лет от Земли, — Мессье 87 очень удобна для наблюдения. Это один из самых массивных объектов, известных науке, — масса этой сверхмассивной черной дыры составляет примерно 3,5 млрд масс Солнца. К настоящему времени известны лишь две сверхмассивные черные дыры с большим размером.
Полученная учеными картинка воображение не поражает — оранжевый бублик, словно снятый на некачественную камеру телефона. Однако стоит понимать, что вот этот самый «бублик» — это диск из светящегося газа, вращающийся вокруг черной дыры со скоростью около 1 000 км/с и достигающий в размерах половины светового года (к примеру, космические аппараты «Вояджер», летящие от Земли уже несколько десятков лет, пролетели меньше тысячной доли этого расстояния).
Масса газа, падающего в черную дыру, достигает примерно одной массы Солнца каждые десять лет.
Возможность увидеть это при помощи гигантского виртуального интерферометра стала одним из наиболее интересных достижений в астрофизике в течение последних десятилетий. Естественно, что сразу после первого опыта ученые решили сосредоточиться на наиболее важной для Земли черной дыре, которая находится в центре нашей галактики Млечный Путь.
Астрофизики довольно давно высказывают предположение, что в центре спиральных галактик, к которым относится и Млечный Путь, должно находиться сверхмассивное небесное тело, которое служит центром масс и вокруг которого вращается галактика. Еще в прошлом веке говорилось, что таким телом может быть сверхмассивная черная дыра — именно такой вывод подсказывали уравнения Эйнштейна. Но предполагать недостаточно, необходимо было доказать это.
Черная дыра в центре нашей галактики гораздо меньше в размерах, чем в Мессье 87: она легче в тысячу раз — составляет примерно 4 млн масс Солнца.
Но и расстояние до нее гораздо ближе — 27 тыс. световых лет. По заверениям астрономов, наблюдать ее гораздо сложнее, так как на пути до нее много мешающих объектов. Тем не менее 12 мая этого года было обнародовано ее изображение, подтвердившее теоретические изыскания.
Читайте также
Скованные одной цепью: что будет с МКС, если Россия уйдет
Надо сказать, что уже в 2002 году международная исследовательская группа Института Макса Планка во главе с Райнером Шёделем сообщила о наблюдениях движения звезды S2 вокруг объекта Стрелец A*. Они доказывали, что Стрелец A* — объект огромной массы, непосредственно влияющий на звезды в центре Млечного Пути, что соответствует представлениям о черных дырах. В 2008 году эти наблюдения были уточнены, дана вычисленная масса Стрельца А*. К предположению, что это черная дыра, независимо пришла и другая группа исследователей из обсерватории Кека под руководством Андреа Гез. Там подтвердили вычисления коллег. В 2020 году Андреа Гез и Райнхард Генцель получили по «четвертинке» Нобелевской премии «за открытие сверхмассивного компактного объекта в центре нашей галактики».
Почему «четвертинка»? Дело в том, что в 2020 году Нобелевскую премию по физике разделили на части и вторую половину отдали Роджеру Пенроузу — британскому астрофизику, «за открытие того, что образование черных дыр с необходимостью следует из общей теории относительности».
И вот спустя два года команда ученых проекта Event Horizon Telescope смогла получить изображение этой самой сверхмассивной черной дыры, доказавшее правильность теоретических вычислений и расчетов.
Отмечу, что опасаться жителям Земли этой черной дыры не стоит. Она слишком далеко, и даже то, что она находится в центре нашей галактики, никак не влияет на жизнь землян. Тем не менее, думаю, стоит порадоваться за ученых, совместная многолетняя работа которых позволила человечеству приоткрыть еще одну завесу тайн мироздания, лучше понять окружающую нас вселенную и вновь подтвердить, что Альберт Эйнштейн был прав.
Мнение редакции может не совпадать с мнением автора. Использование материала допускается при условии соблюдения правил цитирования сайта tass.
ru
Ученые измерили диаметр самой крупной черной дыры Вселенной
https://ria.ru/20160213/1373481859.html
Ученые измерили диаметр самой крупной черной дыры Вселенной
Ученые измерили диаметр самой крупной черной дыры Вселенной — РИА Новости, 13.02.2016
Ученые измерили диаметр самой крупной черной дыры Вселенной
Орбитальный телескоп «Хаббл» помог ученым определить положение горизонта событий, своеобразный «диаметр», крупнейшей черной дыры Вселенной, расположенной в центре эллиптической галактики NGC 4889.
2016-02-13T10:23
2016-02-13T10:23
2016-02-13T10:29
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1373481859.jpg?13734733281455348558
сша
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2016
РИА Новости
1
5
4.
7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
космос — риа наука, сша, наса, хаббл, черная дыра
Наука, Космос — РИА Наука, США, НАСА, Хаббл, черная дыра
МОСКВА, 13 янв – РИА Новости.
Орбитальный телескоп «Хаббл» помог ученым определить положение горизонта событий, своеобразный «диаметр», крупнейшей черной дыры Вселенной, расположенной в центре эллиптической галактики NGC 4889, сообщает сайт космического телескопа.
Считается, что в центре большинства массивных галактик существует, по крайней мере, одна сверхмассивная черная дыра. Причины образования этих объектов пока не совсем ясны. Наблюдения за искривлением пространства вокруг них позволяют говорить о том, что типичная масса сверхмассивных черных дыр находится в диапазоне от миллиона до нескольких миллиардов масс Солнца.
До недавнего времени наиболее массивным объектом такого рода считалась черная дыра в центре галактики М87, которая расположена на расстоянии в 53 миллиона световых лет в созвездии Девы. Относительно недавно на этот титул начала претендовать черная дыра в галактике NGC 4889, которая принадлежит к сверхскоплению Волосы Вероники. Расстояние между этой галактикой и нашей планетой составляет примерно 335 миллионов световых лет.
Данная черная дыра является, скорее всего, действительно гигантским объектом – ее минимальный вес составляет 9,8 миллиарда, а максимальный — 27 миллиардов солнечных масс. Так как разброс этих значений был слишком большим, многие астрономы сомневаются в том, что она является текущим держателем рекорда и считают другие черные дыры главными «тяжеловесами» Вселенной.
Астрономы нашли две рекордно тяжелые черные дыры5 декабря 2011, 17:44
Измерение ее массы затруднено тем, что NGC 4889 сейчас является, по сути, мертвой галактикой, так как ее черная уничтожила все запасы холодного газа в ней, пригодных для формирования новых звезд. Поэтому сейчас она находится на «голодном пайке» и почти не поглощает материи и не излучает часть ее в виде джетов, сверхгорячих пучков плазмы, разогнанных до околосветовых скоростей.
Новые замеры, проведенные при помощи «Хаббла» и ряда других наземных и орбитальных телескопов, помогли ученым вычислить где расположен горизонт событий этой черной дыры – поверхность воображаемой сферы, при пересечении которой материя и свет уже никак не могут вырваться из гравитационных «объятий» сингулярности.
25 июня 2015, 15:03
Таким образом, диаметр этой сферы, который физики называют «шварцшильдовским», представляет собой, очень грубо говоря, диаметр самой черной дыры, зная который, ученые могут вычислить ее точную массу.
Как оказалось, размеры этой черной дыры оказались действительно гигантскими – за пределы ее горизонта событий легко вместится десять Солнечных систем, выстроенных одна за другой. Ее диаметр составляет 130 миллиардов километров. Для сравнения, черные дыры, породившие недавно открытые гравитационные волны, обладали диаметром всего в 150-200 километров.
Масса черной дыры, вычисленная с учетом этого диаметра, составляет 21 миллиард солнечных масс, что ближе к верхней планке предыдущих оценок, чем к нижней. Это в принципе позволяет NGC 4889 претендовать на статус галактики, в которой обитает крупнейшая, или, по крайней мере, одна из самых больших черных дыр во Вселенной.
Поздоровайтесь со Стрельцом А*, черной дырой в центре Млечного Пути
Стрелец A* — массивная черная дыра в центре Млечного Пути.
Теперь, когда астрономы получили его изображение, они могут начать больше узнавать о черных дырах в других галактиках по всей Вселенной.
Крис Импи | Опубликовано: 16 мая 2022 г.
На этом изображении показана Стрелец A*, черная дыра в центре галактики Млечный Путь.
Event Horizon Telescope (EHT) Сотрудничество
12 мая 2022 года астрономы из команды Event Horizon Telescope опубликовали изображение черной дыры под названием Стрелец A*, которая находится в центре галактики Млечный Путь. Крис Импи, астроном из Университета Аризоны, 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 группы 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, оставшимися после гибели 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?
Сами по себе черные дыры совершенно 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, которые однажды могут попасть 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 обломков, поэтому очень трудно получить какие-либо прямые изображения звезд или черных дыр там.
NASA/JPL-Caltech
3. 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 земного шара, расположенных в точках пересечения белых линий, чтобы они действовали как единый массивный телескоп.
ЕСО/л. Calçada
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.
M87* слева в 2000 раз больше, чем Стрелец A* справа. Тонкие белые кружки обозначают размеры орбит планет Солнечной системы.
Сотрудничество EHT; благодарность: Lia Medeiros, xkcd
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.
Одна картинка стоит тысячи слов, а по этому новому изображению уже написано 10 научных статей. Я ожидаю, что их будет еще много.
Крис Импи, заслуженный профессор астрономии университета, Университет Аризоны
Эта статья перепечатана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочитайте оригинальную статью.
Черная дыра-монстр Млечного Пути имеет прохладный газовый ореол — Буквально
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Впечатление этого художника показывает кольцо холодного межзвездного газа вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, Стрельца A*.
(Изображение предоставлено: NRAO/AUI/NSF; С. Дагнелло)Новое исследование показало, что астрономы, возможно, впервые сфотографировали холодный газовый диск, окружающий гигантскую черную дыру в центре Млечного Пути.
Исследование может улучшить знания о том, как черные дыры растут и влияют на свое окружение.
В сердцевине большинства, если не всех, галактик находятся сверхмассивных черных дыр, масса которых в миллионы или миллиарды раз превышает массу Солнца. Эти огромные структуры могут оказывать сильное влияние на галактики, которые они называют домом — например, они могут выбрасывать струи материи почти со скоростью света, которые могут перемещаться по всей галактике, вероятно, формируя эволюцию галактики.
Связанные: Самые странные черные дыры во Вселенной
Расположение черной дыры в центре Млечного Пути, Стрелец А.
(Изображение предоставлено Ф. Баганофф и др./NASA/CXC/MIT)В центре нашей галактики находится сверхмассивная черная дыра Стрелец A* , часто сокращенно Sgr A*. Этот гигант примерно в 4 миллиона раз больше массы Солнца и имеет диаметр около 14,6 миллионов миль (23,6 миллиона километров).
Вокруг Sgr A* вращается кольцо обломков, известное как аккреционный диск . Согласно новому исследованию, газ внутри этого диска испытывает такое сильное трение, что его температура может достигать 18 миллионов градусов по Фаренгейту (10 миллионов градусов по Цельсию). Предыдущие исследования обнаружили рентгеновские лучи вблизи Sgr A*, которые, вероятно, исходят от этого горячего газа.
Предыдущие исследования показывают, что Sgr A* также был окружен относительно холодным газом с температурой от минус 280 градусов по Фаренгейту до 17 500 градусов по Фаренгейту (от минус 170 до 10 000 градусов по Цельсию). Однако остается неясным, сколько холодного газа окружало Sgr A*.
«Если мы хотим узнать, какие процессы важны и не важны для питания черной дыры, нам нужно хорошо знать среду вокруг черной дыры», — ведущий автор исследования Елена Мурчикова, астрофизик из Института перспективных исследований. Обучаются в Принстоне, штат Нью-Джерси, сообщает Space.com. «Но вклад холодного газа в черную дыру никогда не изучался».
Теперь Мурчикова и ее коллеги предполагают, что они, возможно, впервые получили изображение холодного аккреционного диска вокруг Sgr A*. «Это должно помочь улучшить наше понимание того, как работает аккреция черных дыр», — сказала она.
Ученые использовали Большой миллиметровый/субмиллиметровый массив (ALMA) Atacama в Чили для анализа центра Млечного Пути. В частности, они сосредоточились на длинах волн света, испускаемого горячим ионизированным газообразным водородом, который мог бы пройти весь путь от сердца галактики до Земли с очень небольшой потерей этих световых сигналов по пути.
Изображение, полученное с ALMA, показывает, как холодный газообразный водород обтекает сверхмассивную черную дыру в центре Млечного Пути, Стрелец A*.
Красная часть газа движется от Земли, а синяя часть движется к Земле. Перекрестие показывает местоположение черной дыры. (Изображение предоставлено: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Е.М. Мурчикова; NRAO/AUI/NSF, С. Дагнелло) одна десятая массы Юпитера, или примерно в 30 раз больше массы Земли. Будущие исследования должны быть направлены на получение изображений с более высоким разрешением холодного газа вокруг черных дыр и того, как этот газ взаимодействует с горячим газом вокруг черных дыр, сказала Мурчикова. «Мы хотим узнать как можно больше о том, что происходит вокруг черной дыры», — отметила она.
Ученые подробно описали свои выводы онлайн 5 июня в журнале Nature.
- Физики приблизились к разгадке тайны странного светящегося кольца вокруг черной дыры Млечного Пути
- Чудовищная черная дыра Млечного Пути изрыгает большую, но почему?
- Будущее фотографии черных дыр: что дальше для телескопа Event Horizon
Следите за Чарльзом К.
Чоем в Твиттере @cqchoi . Следите за нами в Twitter
Присоединяйтесь к нашим космическим форумам, чтобы продолжать обсуждать последние миссии, ночное небо и многое другое! А если у вас есть новость, исправление или комментарий, сообщите нам об этом по адресу: [email protected].
Получайте последние космические новости и последние новости о запусках ракет, наблюдениях за небом и многом другом!
Свяжитесь со мной, чтобы сообщить о новостях и предложениях от других брендов Future. Получайте электронные письма от нас от имени наших надежных партнеров или спонсоров. Чарльз К. Чой — автор статей для Space.com и Live Science. Он охватывает все, что связано с человеческим происхождением и астрономией, а также физику, животных и общие научные темы. Чарльз имеет степень магистра гуманитарных наук Университета Миссури-Колумбия, Школу журналистики и степень бакалавра гуманитарных наук Университета Южной Флориды.