12646 17

Астрономы открыли первое изображение черной дыры в сердце нашей галактики

На одновременных пресс-конференциях по всему миру, в том числе на пресс-конференции, организованной Национальным научным фондом в Вашингтоне, астрономы представили первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей собственной галактики Млечный Путь. Этот результат дает неопровержимые доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и позволяет получить ценные сведения о работе таких гигантов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик. Изображение было получено исследовательской группой под названием Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration с использованием наблюдений всемирной сети радиотелескопов.

Это изображение - долгожданный взгляд на массивный объект, расположенный в самом центре нашей галактики. Ранее ученые уже видели звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и массивного в центре Млечного Пути. Это наводило на мысль, что этот объект, известный как Стрелец А* (Sgr A*), является черной дырой, и сегодняшнее изображение дает первое прямое визуальное доказательство этого.

Мы не можем увидеть саму черную дыру, поскольку она абсолютно темная, но светящийся газ вокруг нее дает о себе знать: темная центральная область (так называемая "тень") окружена яркой структурой, похожей на кольцо. Новый снимок фиксирует свет, искривленный мощной гравитацией черной дыры, которая в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца.

"Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна", - сказал научный сотрудник проекта EHT Джеффри Боуэр из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica, Тайбэй. "Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в самом центре нашей галактики, и дают новое представление о том, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением". Результаты работы команды EHT опубликованы сегодня в специальном выпуске журнала The Astrophysical Journal Letters.

Поскольку черная дыра находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли, на небе она примерно такого же размера, как пончик на Луне. Чтобы получить ее изображение, команда создала мощную систему EHT, которая объединила восемь существующих радиообсерваторий по всей планете в единый виртуальный телескоп "размером с Землю". EHT наблюдал Sgr A* в течение нескольких ночей, собирая данные много часов подряд, подобно использованию длительной экспозиции в фотоаппарате.

Как и в случае с мощной камерой, для получения изображения Sgr A* потребовалась поддержка самых чувствительных инструментов в радиоастрономии. Эта чувствительность обеспечивается 1,3-мм приемниками диапазона 6 на Атакамском большом миллиметровом/субмиллиметровом массиве (ALMA), разработанном Центральной лабораторией разработки (CDL) Национальной радиоастрономической обсерватории Национального научного фонда США (NRAO).

"Мы очень гордимся тем, что CDL предоставила некоторые важные технологии для поддержки этого удивительного открытия, сделанного совместными усилиями EHT", - сказал Берт Хокинс, директор CDL, который объяснил роль Band 6 и CDL в проведении исследования и получении результатов. "Наша команда внесла свой вклад, установив на ALMA изготовленные на заказ атомные часы и перепрограммировав коррелятор ALMA, чтобы сделать телескоп фазированной решеткой. Это фактически превратило телескоп в единую антенну с эффективным диаметром 85 метров - самый большой компонент на EHT. Кроме того, смесители, лежащие в основе приемников на ALMA, Субмиллиметровом телескопе (SMT) в Аризоне, Большом миллиметровом телескопе (LMT) в Мексике и Телескопе Южного полюса (SPT) в Антарктиде, были разработаны в CDL вместе с нашими партнерами из Университета Вирджинии".

Прорыв произошел после того, как в 2019 году коллаборация EHT опубликовала первое изображение черной дыры, названной M87*, в центре более отдаленной галактики Messier 87.

Эти две черные дыры выглядят удивительно похожими, несмотря на то, что черная дыра нашей галактики более чем в 1000 раз меньше и менее массивна, чем M87*. "У нас есть два совершенно разных типа галактик и две очень разные массы черных дыр, но вблизи края этих черных дыр они выглядят удивительно похожими", - говорит Сера Маркофф, сопредседатель научного совета EHT и профессор теоретической астрофизики Амстердамского университета (Нидерланды). "Это говорит нам о том, что общая относительность управляет этими объектами вблизи, а любые различия, которые мы видим дальше, должны быть вызваны различиями в материале, который окружает черные дыры".

Это достижение было значительно сложнее, чем для M87*, несмотря на то, что Sgr A* находится гораздо ближе к нам. Ученый EHT Чи-Кван ("CK") Чан из обсерватории Стюард, факультета астрономии Аризонского университета, США, объясняет: "Газ в окрестностях черных дыр движется с одинаковой скоростью - почти как свет - вокруг Sgr A* и M87*. Но там, где газу требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы обогнуть большую M87*, в гораздо меньшей Sgr A* он проходит орбиту за считанные минуты. Это означает, что яркость и структура газа вокруг Sgr A* быстро менялась во время наблюдений коллаборации EHT - примерно как попытка сделать четкий снимок щенка, быстро бегущего за своим хвостом".

Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, которые учитывали движение газа вокруг Sgr A*. Если M87* была более легкой и стабильной целью, и почти все изображения выглядели одинаково, то с Sgr A* дело обстояло иначе. Изображение черной дыры Sgr A* представляет собой среднее значение из всех изображений, полученных командой, что позволило впервые увидеть гигант, скрывающийся в центре нашей галактики.

Эта работа стала возможной благодаря изобретательности более чем 300 исследователей из 80 институтов по всему миру, входящих в состав коллаборации EHT. В дополнение к разработке сложных инструментов для преодоления трудностей, связанных с визуализацией Sgr A*, команда работала в течение пяти лет, используя суперкомпьютеры для объединения и анализа данных, одновременно собирая беспрецедентную библиотеку смоделированных черных дыр для сравнения с результатами наблюдений.

"Эта работа ясно демонстрирует исключительную важность использования радио, миллиметровых и субмиллиметровых частот для понимания самых экстремальных условий во Вселенной", - сказал Тони Ремиджан, директор Североамериканского научного центра ALMA (NAASC) в NRAO. Использование этих частотных диапазонов - единственный способ раскрыть уникальные условия, окружающие черную дыру, которые полностью скрыты на других частотах". Добавление ALMA также имело решающее значение для наблюдений, поскольку оно обеспечило необходимую чувствительность для однозначного проведения этих наблюдений. Объединение всех данных с объектов по всему миру - с ALMA в качестве якоря для всех этих объектов - обеспечило чувствительность и разрешение, необходимые для совершения такого рода открытий. И это только начало. В следующем десятилетии планируется значительное увеличение чувствительности ALMA, что приведет к еще более глубоким открытиям, ожидающим нас во Вселенной".

Ученые особенно рады тому, что наконец-то получили изображения двух черных дыр совершенно разных размеров, что дает возможность понять, как они сравниваются и контрастируют. Они также начали использовать новые данные для проверки теорий и моделей поведения газа вокруг сверхмассивных черных дыр. Этот процесс еще не до конца изучен, но считается, что он играет ключевую роль в формировании и эволюции галактик.

"Теперь мы можем изучить различия между этими двумя сверхмассивными черными дырами, чтобы получить новые ценные сведения о том, как работает этот важный процесс", - сказал ученый EHT Кейичи Асада из Института астрономии и астрофизики Academia Sinica в Тайбэе. "У нас есть изображения двух черных дыр - одной на большом конце и одной на малом конце сверхмассивных черных дыр во Вселенной - так что мы можем продвинуться в изучении поведения гравитации в этих экстремальных условиях гораздо дальше, чем когда-либо прежде".

Прогресс на EHT продолжается: крупная наблюдательная кампания в марте 2022 года включала в себя больше телескопов, чем когда-либо прежде. Постоянное расширение сети EHT и значительные технологические усовершенствования позволят ученым в ближайшем будущем поделиться еще более впечатляющими изображениями, а также фильмами о черных дырах.

В 2021 году NSF и Совет ALMA одобрили многомиллионную модернизацию приемников обсерватории в диапазоне 6 в рамках Североамериканской программы развития ALMA. Модернизация позволит увеличить количество и качество научных измерений в диапазоне длин волн от 1,4 мм до 1,1 мм, что обеспечит исследовательским проектам, подобным проекту EHT, лучшую чувствительность, чем когда-либо, и, в конечном итоге, более точные и эффективные научные результаты. Кроме того, проект NRAO Next Generation Very Large Array (ngVLA) получил положительную поддержку в рамках десятилетнего обзора Astro2020. Находясь на ранней стадии планирования и разработки, ngVLA позволит достичь приоритетных целей в астрономии и астрофизике и станет лучшей машиной для поиска черных дыр.

"Эти новые результаты, полученные с помощью EHT, волнуют нас как потому, что они показывают, насколько далеко продвинулась астрономия, так и потому, что они подтверждают, что мы еще многого не видели и не смогли наблюдать и изучать", - сказал д-р Тони Бисли, директор NRAO. "Антенны и приборы, которые мы проектируем и разрабатываем в NRAO, делают этот прогресс возможным, и мы с нетерпением ждем возможности продолжать возглавлять прогресс в радиоастрономии, который позволит обнаружить черные дыры и другие явления, скрывающиеся в уголках галактики и Вселенной".

(Добавил: RoboAstroNews)

Поддержи AstroNews           Читайте AstroNews в Яндекс.Дзен