Содержание

Получена первая в истории фотография черной дыры

В рамках международного проекта «Event Horizon Telescope» астрономам впервые за всю историю наблюдений удалось получить снимок черной дыры, а точнее ее тени, «отбрасываемой» на светящийся диск из перегретого газа и пыли. Неуловимый гравитационный монстр, красующийся на «фотографии века», проживает в сверхгигансткой эллиптической галактике Messier 87 в 54 миллионах световых лет от Земли в направлении созвездия Девы.

«Чтобы получить фотографию черной дыры максимально высокого разрешения мы объединили в одну глобальную сеть восемь мощнейших радиотелескопов, расположенных по всей планете, и направили их в центр галактики Messier 87. Это стало возможным только благодаря международному сотрудничеству и технологическому прогрессу, достигнутому в последние несколько лет», – рассказывает Лучано Реззола, профессор теоретической релятивисткой астрофизики из Франкфуртского университета им. Гете (Германия), один из участников проекта «Event Horizon Telescope».

Фотография сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87. Credit: Event Horizon Telescope

Существование черных дыр следует из Общей теории относительности Альберта Эйнштейна, считающейся сегодня стандартной теорией гравитации, неоднократно подтвержденной экспериментально. Они представляют собой 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. Другими словами, все, что подойдет слишком близко черной дыре и будет затянуто за горизонт событий, уже не сможет вырваться обратно.

Однако это теория, и никогда ранее черные дыры, а точнее их тени, не наблюдались напрямую. Проблема в том, что, даже обладая огромными массами, размеры этих объектов не столь велики, чтобы современные телескопы в одиночку могли их рассмотреть с разрешением, позволяющим разделить аккреционный диск, окружающий черную дыру, и горизонт событий.

Смоделированное изображение окружения сверхмассивной черной дыры. Credit: M. Moscibrodzka, T. Bronzwaar & H. Falcke

Чтобы обойти эти технические ограничения несколько лет назад был дан старт проекту «Event Horizon Telescope», целью которого является получения снимков сверхмассивных черных дыр в сердце Млечного Пути и галактики Messier 87. Почему были выбраны именно эти объекты? Все просто. Черная дыра Стрелец А* в нашей Галактике находится ближе всего к Земле, а гигантский монстр в Messier 87 удобен для наблюдений, так как, во-первых, он невероятно массивен, а, во-вторых, сама галактика удачно расположена на небе для отслеживания глобальной сетью.

«В обычной среде мы ожидаем, что свет будет двигаться по прямой. Однако с черной дырой ситуация совсем другая: обладая крайне сильной гравитацией, она отклоняет и изгибает траекторию движения света настолько, что мы фактически можем видеть то, что находится за ней. И, учитывая, что сама по себе черная дыра не излучает свет, ожидаемое изображение представляет собой яркое кольцо, состоящее из всех отклоненных ею лучей. И то, что мы увидели, отлично согласуется с моделями», – добавил Роман Голд из Франкфуртского университета им. Гете, также участник проекта «Event Horizon Telescope».

Расположение радиотелескопов глобальной сети. Credit: ESO

Всего за 2017 и 2018 года «массив размером с Землю» выполнил около 60 часов наблюдений, собрав в общей сложности примерно 10 петабайт данных. Ученые потратили полтора года, чтобы откалибровать и перепроверить гигантский объем информации и, в итоге, преобразовать его в изображение источника – сверхмассивной черной дыры в галактике Messier 87.

«Такой подвиг когда-то считался невозможным, так как черные дыры отбрасывают небольшие, трудно наблюдаемые тени. Но, разместив телескопы по всему миру для создания телескопа размером с Землю, был достигнут этот беспрецедентный результат, предвещающий новую эпоху в исследовании черных дыр и прокладывающий путь для дальнейших научных прорывов», – прокомментировали событие в Европейской южной обсерватории (ESO), чьи телескопы добавляют ощутимую мощь глобальной сети «Event Horizon Telescope».

Художественное представление окружения сверхмассивной черной дыры в гигантской эллиптической галактике Messier 87. На изображении виден разогретый материал, окружающий гравитационного монстра, и выбрасываемый им джет. Credit: ESO/M. Kornmesser

Исследователи отмечают, что теперь у них впервые появилась возможность проверить, насколько хорошо наша физика работает в экстремальных средах, понять движение газа и радиационную среду в окрестностях черных дыр, выяснить, какие теории об этих экзотических объектах верны, а какие будут разрушены, а также получить фотографии и внимательно рассмотреть других кандидатов в черные дыры, чтобы определить, все ли они являются таковыми, или же это другие явления, «маскирующиеся» под этих гравитационных монстров.

in-space.ru

Ученые впервые показали реальное «фото» черной дыры / Хабр

Спроси любого человека на улице, как выглядит черная дыра, и он вам обязательно об этом расскажет. Еще бы, ведь все помнят красочные симуляции этих космических объектов из различных фантастических фильмов. Поэтому в это трудно поверить, что до сих пор никто на самом деле не видел, как же черные дыры выглядят в реальности!

10 апреля ученые показали первое реальное изображение черной дыры. Здесь стоит оговориться, что на самом деле полученный снимок представляет собой изображение аккрецио́нного диска, явления происходящего в непосредственной близи от еще видимых границ материи, притягиваемой черной дырой, у горизонта событий. И полученное изображение удивительно напоминает нам до боли знакомые кадры из фильма Интерстеллар!

Посвященная этому событию пресс-конференция сейчас транслируется в прямом эфире:

Европейская комиссия представила прорывное научное открытие сделанное при помощи Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий»)- проекта международного научного сотрудничества, целью которого явилось получение первого изображения черной дыры путем создания виртуального телескопа размером с Землю. Исследователи, финансируемые ЕС, сыграли ключевую роль в проекте.

Шесть пресс-конференций по всему миру будут проходить одновременно. В Европе ведущие ученые, финансируемые Европейским исследовательским советом, провели пресс-конференцию в Брюсселе, чтобы обнародовать это открытие.

Черная дыра — это область пространства с гравитацией такой силы, что удерживает даже объекты двигающиеся со световой скоростью, даже сами фотоны, поэтому излучение не может покинуть пределы горизонта событий черной дыры. Вероятность существования таких областей доказал еще Альберт Эйнштейн, разработав уравнения общей теории относительности в начале XX века, однако сам он в возможную реальность таких объектов до конца не верил.

Увидеть не выпускающую света черную дыру было сложно (точнее, как уже сказано, можно увидеть только ее ближайшее окружение), а дыру, находящуюся в таком огромном отдалении — еще сложнее! Чтобы решить эту проблему, ученые объединили девять радиотелескопов из разных уголков Земли в один большой «виртуальный телескоп». Список телескопов, участвующих в проекте Event Horizon Telescope. Радиотелескопы принадлежат Испании, Чили (2), Мексике, США(4), Дании. В 2020 к проекту подключатся еще один телескоп из США и один из Франции.

Проект «Телескоп горизонта событий» ставил своей целью наблюдение за образующими ядра большинства галактик сверхмассивными черными дырами. Ученые десять дней следили за двумя черными дырами в апреле 2017 года, одна из которых — черная дыра Стрелец А* в центре Млечного пути, на расстоянии около 26 тысяч световых лет от Земли. В результате наблюдений было записано более 500 терабайт данных не менее 350 терабайт данных с каждого из телескопов кластера, а обработка этого огромного массива информации заняла два года.

habr.com

В чем сенсационность первой фотографии черных дыр — Российская газета

Увидеть черную дыру невозможно в принципе. Ее тяготение так велико, что из дыры не может вырваться никакой сигнал, в том числе и свет. Поэтому она и называется черной. Интересно, что в них не верил даже великий Эйнштейн, а ведь на его теории основана теория черных дыр. Эти объекты, пожалуй, одни из самых экзотических во Вселенной. Из уравнений Эйнштейна следует, что при приближении к ним перестают действовать законы физики, в них останавливается время, бесследно исчезают любая материя и свет.

До сих пор никому не удавалось получить прямое изображение черной дыры, хотя есть немало данных, которые косвенно подтверждают их существование. Прежде всего это выпадение на нее вещества находящегося рядом небесного тела, когда оно поглощается дырой. Поглощение идет с выделением огромной энергии. Но запечатлеть явление не удавалось, поэтому оно не является непосредственным доказательством существования дыр.

И вот сейчас впервые в истории ученые решили продемонстрировать реальное фото сразу двух черных дыр. Заглянуть прямо в самое сердце бесконечности. Одна расположена в центре галактики М87, находится от Земли на расстоянии 55 миллионов световых лет, эквивалентна 7 миллиардам солнечных масс, вторая — в центре нашей галактики Млечный Путь, на расстоянии около 26 тысяч световых лет от Земли, обладает четырьмя миллионами солнечных масс, не излучает видимого и инфракрасного света. Диаметр этой дыры всего 24 миллиона километров, мизер по космическим меркам. Разглядеть ее кажется просто фантастикой, с тем же успехом можно попытаться невооруженным глазом увидеть коробок спичек на Луне.

Чтобы наблюдать такую дыру, требуется по-настоящему огромный и очень мощный телескоп. И ученые создали такой инструмент. Это радиотелескоп Event Horizon. По сути, это сеть из восьми радиотелескопов, работающих по принципу радиоинтерферометрии со сверхдлинными базами. Они находятся на огромном расстоянии друг от друга: на Южном полюсе, во Франции, в Чили, на острове Гавайи. Работа над его созданием велась более 10 лет. Наконец в апреле 2017 года сеть телескопов была синхронизирована с помощью атомных часов и устремила свой взор в далекий космос.

Для фотографирования черных дыр создан уникальный радиотелескоп. 

Проект является детищем астрофизика Шепа Доулмана, который серьезно задумался над его реализацией после изучения загадочных активностей в центрах сверхмассивных радиогалактик. Эксперимент по фотографированию черных дыр и обработке гигантской по объему информации длился около двух лет. И вот вчера ученые представили первые фотографии черной дыры из галактики М87. По сути, они увидели то, что и ожидали, что предсказывала теория. На фото видна «тень» черной дыры — темная область на фоне кольца, образованного светом от падающего на дыру вещества, которое огибает черную дыру, обладающую гигантским гравитационным притяжением. Важно подчеркнуть, что это изображение реконструировано из радионаблюдений. По мнению ученых, этот эксперимент имеет огромное значение для всей науки, открывает новые возможности для изучения Вселенной.

Комментарий

Константин Постнов, директор Государственного астрономического института им. Штернберга:

— Я бы особо выделил два момента. Поражает фантастическая разрешающая способность телескопа: 10 в минус 5-й степени секунды угловой дуги. У знаменитого американского телескопа почти в 10 тысяч раз меньше. Второй момент связан с так называемым горизонтом событий. Это теоретически предсказанная условная граница вокруг черной дыры, за которой внешнему наблюдателю ничего не доступно. Так вот, немало скептиков считали, что никакого горизонта у черной дыры вообще нет, что все это лишь формулы. Но полученная картинка подтверждает и существование горизонта событий, и правильность теории относительности Эйнштейна.

rg.ru

Что значит фотография черной дыры

«Афиша Daily» вместе с Александром Лутовиновым, преподавателем МФТИ, заместителем директора по научной работе Института космических исследований РАН и профессором РАН, разбирается, что для человечества значит первый снимок черной дыры в галактике M87, который ученые представили 10 апреля.

Александр Лутовинов

преподаватель МФТИ, заместитель директора по научной работе Института космических исследований РАН, профессор РАН

1. Все фотографии черных дыр до этого были ненастоящими

Художественный концепт черной дыры в карликовой галактике M60-UCD1.

© ESO

1 из 2

Изображение M60-UCD1, которое получил телескоп «Хаббл».

© ESO

2 из 2

Возможно, вы видели красивые фотографии с сайтов NASA и ESA, на которых черные дыры выглядят как круги пустоты в окружении звезд. На самом деле это не настоящие изображения с телескопов, а модели или художественные концепты. «Фотографий черных дыр как таковых раньше не было, — объясняет Лутовинов. — Были модели, то есть то, каким мы предполагаем вид черных дыр, исходя из косвенных результатов наблюдений».

2. Поэтому это первое изображение черной дыры

Это не значит, что черные дыры раньше не наблюдали. С помощью специальных телескопов фиксировали рентгеновское излучение, которое создавало падающее в черные дыры вещество, и получали не такие красивые изображения, но зато находили места, где черные дыры есть. Еще один метод — долгое время наблюдать за поведением звезд в определенном регионе и сделать вывод, что там находится еще один объект, который не видно.

«По косвенным признакам мы даже оценивали массы черных дыр, которые находятся в центрах нашей и других галактик, — говорит Лутовинов. — Например, с помощью очень чувствительных телескопов 15 лет следили за движением звезд вблизи центра нашей галактики: было видно, что звезды совершают движение по эллиптическим траекториям вокруг объекта в центральной точке. И по движению этих звезд получалось, что в центре галактики есть черная дыра массой 3 миллиона масс Солнца».

Чтобы сделать этот снимок черной дыры, астрономы вели наблюдение в течение 10 дней в апреле 2017 года, потом еще два года обрабатывали полученные данные, которые хранились на специальных жестких дисках. Поскольку телескопы создавали огромное количество данных — примерно по 350 терабайт в день, — информацию нельзя было передать по интернету, поэтому ученые хранили их на десятках жестких дисков.

3. И это снимок с невероятным масштабом

Галактика M87.

© ESO

Черная дыра в M87 очень большая — ее масса оценивается в 6,5 миллиарда масс Солнца. Для сравнения: масса сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути оценивается в 4,3 миллиона масс Солнца. Но также она находится очень далеко от Земли — в 55 миллионах световых лет (для сравнения: расстояние до галактики Андромеда оценивается в 2,52 миллиона световых лет).

В итоге расстояние на небе, которое занимает черная дыра в M87, составляет всего 20 микросекунд. Чтобы понять, что это значит, представьте 50-копеечную монету, которую наблюдают с расстояния в 3,5 километра: угол между глазом и краями монеты составит 1 угловую секунду. А угловая микросекунда в миллиард раз меньше угловой секунды.

«20 микросекунд дуги — это выдающееся достижение, рекордное угловое разрешение, — говорит Лутовинов. — Угловой размер Луны или Солнца на небе составляет примерно полградуса, а здесь достигнуто угловое разрешение в 20 микросекунд. Образно говоря, это позволило бы читать газету в Нью-Йорке, сидя в кафе в Париже».

4. На то, чтобы его сделать, ушло почти 100 лет

Впервые о существовании черных дыр заговорили почти сто лет назад, когда немецкий физик Карл Шварцшильд вывел из общей теории относительности Эйнштейна существование областей, где вещество и энергия сосредоточены так плотно, что гравитация не выпустит свет и искривит пространство. Несмотря на то что астрономы не могли наблюдать черную дыру непосредственно, в их существовании никто не сомневался. «Оно логичным образом следует из общей теории относительности, из того, как мы понимаем физику и как представляем себе устройство вселенной, — объясняет Лутовинов. — До этого существование черных дыр подтверждалось косвенно — например, за массивными компактными объектами в двойных системах или сверхмассивными объектами в центрах нашей или других галактик».

5. Но саму черную дыру все равно не увидеть

Поскольку черная дыра ничего не излучает, ее нельзя увидеть просто так. Но зато можно увидеть вещество, которое с большой скоростью падает на черную дыру. «Если черная дыра где‑то в пустом пространстве одна, ее не увидеть — она ничего не излучает, — говорит Лутовинов. — Но мы все-таки можем регистрировать излучение от черных дыр, однако светит не сама дыра, а ее окрестности. Если поставить рядом с ней звезду или поместить черную дыру в облако газа и пыли, то за счет гравитации она начнет притягивать вещество. Оно будет падать на черную дыру, вокруг дыры сформируется аккреционный диск, который разогреется до сотен миллионов градусов и начнет светиться. Это свечение мы и видим». Светлые участки на фотографии — вещество, которое падает на дыру, а темный участок в центре снимка — тень черной дыры, место, где она находится и откуда не выходит свет.

6. Этот снимок подтверждает теорию Эйнштейна

Полученный снимок черной дыры, во-первых, подтверждает понимание общей теории относительности Эйнштейна — например, что у черной дыры должна быть тень, которая находится за светящимся веществом, которое на нее падает, — а во-вторых, говорит о том, что астрономы правильно представляли устройство и работу черных дыр.

7. В «Интерстелларе» показали правду (ну почти)

Модель черной дыры в «Интерстелларе».

© ESO

1 из 2

Модель черной дыры из M87.

© ESO

2 из 2

Самое известное изображение черной дыры в поп-культуре — Гаргантюа из «Интерстеллара» Кристофера Нолана. Ее модель помогал делать Кип Торн — астроном, эксперт по черным дырам и лауреат Нобелевской премии за регистрацию гравитационных волн. Также известно, что во время съемок от некоторых научных деталей специально отказались, чтобы сделать картинку более зрелищной. Тем не менее Гаргантюа похожа на то, что происходит с реальными черными дырами. «Не будем говорить про детали, но это правильное изображение, просто черную дыру в центре M87 мы видим под другим углом», — уточняет Лутовинов.

Подробности по теме

Еще одно косвенное подтверждение существования черных дыр — гравитационные волны. Что это вообще такое?!

Еще одно косвенное подтверждение существования черных дыр — гравитационные волны. Что это вообще такое?!

8. Теперь у человечества есть телескоп размером с Землю

Интерферометр ALMA в Чили.

© ESO

1 из 2

Сеть «Телескопа горизонта событий».

© ESO

2 из 2

Чтобы сделать снимок черной дыры, мало просто одного телескопа или интерферометра. Потребовалась сеть из восьми обсерваторий по всему миру: интерферометр ALMA и радиотелескоп APEX в Чили, радиотелескоп Генриха Герца в Аризоне, IRAM в Испании, телескоп Джеймса Кларка Максвелла на Гавайях, телескоп Южного Полюса в Антарктике и другие. Европейская южная обсерватория называет этот проект «телескопом размером с Землю».

«В интерферометрии для высокого углового разрешения нужно, чтобы расстояние между телескопами было как можно больше: чем больше расстояние, тем более мелкие детали увидите при наблюдении, — объясняет Лутовинов. — Самое большое расстояние, которое можно получить без выхода в космос, это диаметр Земли. Поскольку телескопы расположены на разных континентах, то образное выражение «телескоп размером с Землю» можно считать верным». В будущем к сети присоединят интерферометр IRAM NOEMA во французских Альпах, обсерваторию Китт-Пик в Аризоне и телескоп в Гренландии.

9. Возможно, мы увидим черную дыру в центре нашей галактики

«Есть несколько направлений исследования черных дыр. Например, «Телескоп горизонта событий» уже смотрел и, наверное, еще будет смотреть на черную дыру в центре нашей галактики. Тут есть некоторые сложности. Во-первых, M87 мы видим как бы с лица, а на свою черную дыру смотрим на просвет — через газ и пыль, потому что находимся в диске галактики. Во-вторых, вокруг самой черной дыры находится облако, которое мешает ее увидеть. В-третьих, излучение черной дыры переменное на небольших временных масштабах, что создает определенные сложности. Как я сказал выше, коллеги из ТГС на нее смотрели, и, если все эти эффекты аккуратно учтут и уберут, у них что‑то будет».

10. Возможно, черные дыры помогут понять устройство Вселенной

«21 июня должна полететь обсерватория «Спектр-Рентген-Гамма». Это крупнейший российский проект, можно сказать, флагманский проект Роскосмоса и Академии наук, в котором участвует Германия, создавшая один из двух установленных на обсерватории телескопов. Второй телескоп изготовлен в России при сотрудничестве Института космических исследований РАН и Российского федерального ядерного центра в Сарове. Обсерватория будет четыре года делать обзор всего неба, за это время получит самую глубокую карту видимой Вселенной в рентгеновских лучах и увидит порядка 3–4 миллионов сверхмассивных черных дыр, то есть почти всех черных дыр в других галактиках. Конечно, она не увидит их изображения, а просто зарегистрирует излучение.

Эти черные дыры родились в разное время — до 10 миллиардов лет назад. И когда мы проверим их, узнаем, на каких расстояниях они находятся, и оценим их массы, мы поймем, как Вселенная развивалась и какую роль в этом играла темная энергия. Это большой шаг к пониманию устройства мира. Если сейчас мы сделали шажочек и понимаем, как работает теория относительности, то тут, наверное, сможем сказать, как устроена Вселенная и как она развивалась за 7–10 миллиардов лет».

От репортажей со «скверных» протестов до тестов и планов на ближайшие дни — в нашем фейсбуке.

daily.afisha.ru

Как выглядит черная дыра? | Живой космос

Поделитесь с друзьями!

В центре нашей галактики лежит сверхмассивная черная дыра. Она имеет название Стрелец A * или Sgr A * для краткости. В течение миллиардов лет в нее падали окружающие газ и пыль. Каждые 10 000 лет или около того она проглатывает соседнюю звезду.

Sgr A * – вероятно, самая близкая черная дыра к нашей планете. Но мы не знаем, как она выглядит. Потому что мы не можем ее сфотографировать.

И это относится ко всем черным дырам.

Черная дыра достаточно распространенный объект в нашей Вселенной. Но имеет, по космическим меркам, очень маленькие размеры. И у нас пока нет инструментов, позволяющих получить изображения любой из них.

Те изображения, которые вы видите в Интернете или в телевизионных документальных фильмах, являются иллюстрациями или симуляциями. Они основаны на косвенных доказательствах, полученных при наблюдениях за пространством вокруг черной дыры. Ученые не сомневаются в том, что черные дыры существуют. Но без изображений они не могут доказать это наверняка.

Все это может измениться.

В течение последних четырех лет команда из примерно 200 ученых и инженеров работала, чтобы создать образ Sgr A *. Он станет нашей первой картиной черной дыры. Инициатива, названная Телескопом Горизонта событий (EHT), завершила сбор данных в апреле 2017 года. В настоящее время исследователи анализируют ее.

Это может показаться невероятным, но генерация грубого изображения Sgr A * является эквивалентом чтения газетного заголовка на Луне человеком, находящимся на Земле.

Полученное изображение может помочь ученым в поисках ответов на многие острые вопросы современной астрофизики. Их можно сформулировать так: что происходит со светом и материей, когда они падают в черную дыру? Что представляют собой потоки энергии, которые выбрасывает черная дыра? Какую роль сыграли черные дыры в образовании галактик?

Хотя это маловероятно, но результаты EHT могут даже потребовать корректировки общей теории относительности Эйнштейна.

Факты о черных дырах

Черные дыры, как считается, возникают тогда, когда очень массивная звезда сжигает через свое ядерное топливо и сжимается в невероятно плотную точку или сингулярность.

Когда газ, звезды и другое вещество приближаются к черной дыре, они притягиваются к горизонту событий, воображаемой оболочке вокруг сингулярности. Ничто из того, что пересекает порог горизонта событий, и не может выйти из гравитационного поля черной дыры. И по мере того как материя падает в нее, черная дыра становится более массивной, а горизонт событий расширяется.

Черные дыры существуют в космосе повсеместно. Супермассивные лежат в центре большинства галактик. Однако менее массивные черные дыры распространены гораздо больше. В нашей галактике, вероятно, существует около 100 миллионов черных дыр. Хотя мы идентифицировали пока только несколько десятков.
Что касается Sgr A *, то она удалена примерно на 26 000 световых лет от Земли. И имеет массу в четыре миллиона раз большую, чем у Солнца. По оценкам ученых она не слишком большая. Например сверхмассивная черная дыра, также изучаемая учеными EHT, Messier 87 (M87), находящаяся в центре кластера Девы, имеет массу почти в семь миллиардов раз большую, чем у Солнца.

EHT выбрал для работы Sgr A * и M87, потому что они являются самыми большими сверхмассивными черными дырами, наблюдаемыми с Земли. Это самые простые и доступные кандидаты для анализа.

Как сделать снимок черной дыры, если она черная?

Хороший вопрос. На самом деле черные дыры такие же черные, как окружающее их пространство. Любой свет, который попадает в них, никогда не выходит обратно.

Но вокруг черной дыры есть свет от светящегося вихря перегретого вещества, который падает в черную дыру. Когда этот свет проходит вблизи горизонта событий, он изгибается и искажается притяжением сильной гравитации черной дыры.

Эта гравитационная линза очерчивают темную область, называемую тенью черной дыры. Ожидается, что размер тени должен быть в два с половиной раза больше размера горизонта событий. А размер горизонта событий пропорционален массе черной дыры. Для Sgr A * это около 30 миллионов километров. В случае с M87, другой черной дыры, которую изучает EHT, он в тысячу раз больше.

Поэтому изучая тень черной дыры, исследователи EHT могут понять ее размеры.

Таким образом, технически говоря, ученые EHT не будут создавать изображение черной дыры. Они будут использовать информацию об ее тени, чтобы получить необходимую информацию об этом объекте.

Визуализация черных дыр не является возможной (по крайней мере, сейчас). Поэтому ученые рассматривают использование теневых изображений для получения доказательств их существования.

Сеть телескопов

Sgr A * настолько мала, что у нас нет ни одного телескопа, который может разглядеть ее достаточно подробно. Мы пока не можем создать фотографию подобного объекта с высоким разрешением.

Ученые EHT преодолели эту проблему, объединив семь телескопов, расположенных по всему миру. Они использовали метод, называемый очень длинной базовой интерферометрией (VLBI). Результатом работы стал «виртуальный телескоп» с разрешающей способностью, близкой к диаметру Земли.

В течение недели в апреле 2017 года все семь телескопов EHT регистрировали сигналы от Sgr A *. Семь атомных часов регистрировали время поступления сигналов на каждом телескопе.

Природа сигналов, и то, когда они будут зарегистрированы каждым телескопом, позволит ученым построить изображение Sgr A *. Но это займет некоторое время. Телескопы EHT собрали много данных. Их хватит, чтобы заполнить 10 000 ноутбуков.

Лучи смерти

Ученым особенно интересно получить информацию о массивных струях энергии, которые исходят из черных дыр.

Эти струи образуются, когда вещество вне черной дыры нагревается до миллиардов градусов. Оно закручивается в так называемом аккреционном диске. Некоторая часть его проходят точку невозврата – горизонт событий и падает в черную дыру.

Но черные дыры – привередливые едоки. Некоторая часть вещества, выбрасывается из аккреционного диска в форме плотно сфокусированных струй. Эти струи движутся потом почти со скоростью света на расстоянии в десятки тысяч световых лет.

Возможно, что у Sgr * A нет струй. За последние несколько десятилетий она была не очень активной.

Но если струи действительно существуют, телескопы EHT будут получать об этом информацию. Затем команда EHT сможет использовать ее, чтобы попытаться ответить на некоторые нерешенные вопросы об этом явлении.

До недавнего времени доказательства, подтверждающие теорию общей теории относительности (ОТО), были получены из наблюдений за нашей Солнечной системой. Но условия в нашем маленьком пятачке Вселенной довольно мягкие. Условия, обнаруженные вблизи черной дыры, позволят подвергнуть ее более  серьезному испытанию.

Оригинальная статья


Поделитесь с друзьями!

alivespace.ru

Получено фото черной дыры в космосе с помощью сети телескопов на различных континентах Земли

За последние годы цитируемость такого космического экзотического объекта как черная дыра небывало растет начиная от научных до псевдонаучных источников. Только самый ленивый и отрешенный человек не слышал о существовании некой черной дыры где-то далеко в космическом необъятном пространстве. Здесь все, как обычно, чем девитантнее уровень у «знатока», тем он больше (все) знает о физической природе черной дыры, в то время как у астрофизиков с течением процесса познания этого объекта все больше вопросов, идущими вразрез с земными законами физики.

Конечно, сегодня еще рано говорить о физической природе черной дыры в виду ее неимоверной удаленности от нашей планеты. Но уже сегодня современные оптические системы в сочетании с мощными компьютеризованными вычислительными центрами способны наложить собранный срез массива данных для образования визуального представления — в частности уже опубликованного фото черной дыры в центре галактики M87.

Черные дыры это космические объекты, которые обладают огромной массой при их относительно компактных размерах. Они оказывают влияние на все вещества, которые попадают в область их влияния, искривляя пространство-время и повышая температуру до сверхвысоких значений.

Так случилось, что в преддверии Дня космонавтики 2019, стал известен доклад астрофизиков масштабного проекта Event Horizon Telescope (сокр. EHT) о получении впервые в истории человечества визуализации или своего рода фото отражения (тени) черной дыры в центре галактики M87.

Теория существования черных дыр начинает наполняться практическими доказательствами. В процессе наблюдения обсерваториями с разных точек планеты регистрируется активность, источником которых являются всплески во время слияния черных дыр. В рамках существующих на Земле оптических систем ведется сбор массива данных в процессе наблюдения за самой доступной земным астрофизикам черной дыры с ее центром в Млечном пути.

Что позволило увидеть то, что не обладает по своей природе светом?

Само по себе название «черная дыра» говорит об ее отсутствии в природе спектра видимого света, поэтому вся визуализация была построена на основе излучений, о природе и методах их фиксаций мы попытаемся объяснить далее.

В результате вращательного момента спирали из аккреционного диска на черную дыру попадает перегретое вещество, которое в свою очередь пораждает излучение, которое и фиксируется оптическими земными приборами как свечение.

В черной дыре фигурирует такое понятие, как горизонт событий с гравитационным радиусом, который представляет собой границу области громадного гравитационного притяжения, покинуть которую не могут даже объекты, летящие со скоростью света, включая и сами кванты света.

Так вот, внутри возникающего свечения можно наблюдать черную область, которое несколько шире, чем горизонт событий — это и есть визуальное представление отражения или тени черной дыры. Данная визуализация может изменяться вследствие эффекта искажения разноориентированного расположения газового диска. Данный эффект ожидаем из-за описанного в теории относительности искривления фотонных траекторий.


Рисунок художника. Прохождение фотонов на границе черной дыры. Гравитационное искажение и захват светового потока горизонтом событий

Однако, очень сильно прикована вниманием орбита вокруг черной дыры, носящая стационарный характер. Если говорить о масштабах орбиты, то в данных случаях подразумевается величины расстояний в несколько гравитационных радиусов, который равен сферически симметричной чёрной дыры, также его называют радиусом Шварцшильда. Соответственно чем больше гравитационный радиус, тем выше масса черной дыры.

Масштабы сверхмассивных черных дыр могут быть сравнимы со всей солнечной системой. Если говорить об удаленности, то расстояния от Земли до большинства черных дых исчисляются миллионами световых лет, наблюдение за которыми невозможно из-за отсутствия так называемого огромного углового разрешения. Но как показал нашумевшее анонсирование фотоматериалов черной дыры в центре галактики M87 в отношении разрешения проблемы углового разрешения был совершен огромный прорыв. Каким же образом это было достигнуто?

Разрешение проблемы угловых разрешений

Побороть проблему углового разрешения удалось при сопряженной работе телескопов следующих двух проектов GMVA и EHT, которые используют технологию интерферометрии, а точнее радиоинтерферометрия со сверхдлинной базой, при которой приемные элементы, в данном случае телескопы, находятся на межконтинентальных расстояниях друг от друга.

Управление каждым отдельной базой РСДБ интерферометра осуществляется децентрализованно без прокладки коммутационных магистралей связи. На каждом независимо управляемым РСДБ собирается огромный массив данных для последующей корреляционной машинной обработки.

Таким образом сведенные в одну базу обработанные срезы данных в обсерваториях мира позволили получить рекордные разрешения в пределах угловой миллисекунды. Два проекта GMVA и EHT были выбраны из-за необходимости ведения наблюдения на разных волнах.

Объекты наблюдения — их масса и удаленность от Земли

Итак, перед дуэтным проектом GMVA и EHT предстали следующие объекты наблюдения. Первая — сверхмассивная черная дыра, расположенная в галактике M87 и удаленная от нашей планеты на расстояние 50 млн. световых лет. Данная черная дыра признана самой массивной из всех известных человечеству — 6 млрд. солнечных масс. Вторая — сверхмассивная черная дыра, расположенная в центре нашей галактики координата которой связана с радиоисточником Стрелец A (сокр. SGR A). Удаление от планеты Земля составляет 26 тыс. световых лет, а ее сверхмассивность — 4,3 млн. солнечных масс. Объекты наблюдения имеют существенное отличие как в удаленности от Земли, так и в их массах относительно Солнца. Расстояние черной дыры в галактике M87 превышает в 2000 раз черную дыру SGR A.

Сверхчувствительность антенн Event Horizon Telescope

Здесь важно уяснить, что в рамках такого гигантского удаления исследуемых объектов от Земли соответствует крайне малой мощности их радиоисточников. Если рассмотреть сигнал в рамках радиодиапазона от 0 до 1000ГГц, то суммарная мощность излучения Стрелец A составляет примерно 2 × 10^28 Вт. Но если выделить на Земле лишь только радиодиапазон для Event Horizon Telescope, то спектральная плотность мощности излучения падает до ничтожно малых — 3 Янских, что в сравнении с обычным телевизионным сигналом составляет на 10 порядков ниже.

Обычная антенна Event Horizon Telescope (EHT) имеет диапазон приема 8 ГГц при ее диаметре в 10 м. Грубый расчет показывает, что при величине мощности EHT антенн в 10^-16 Вт, принимаемый их сигнал слабее обычного телевизионного в миллард раз!

Были ли получены до настоящего времени какие-либо изображения? Да, в 1979 году астрофизик Жан-Пьер Люмине получил изображение на основании математических расчетов.

Полученные расчеты были «скормлены» компьютеру IBM 7040, в результате чего на картинке можно было увидеть смоделированное представление очертания черной дыры.

Нынешнее же изображение получено астрономами (астрономами) в результате совместной работы двух проектов GMVA и EHT, объединяющие в себя многолчисленные телескопы, расположенные на таких континентах как: Южная Америка, Северная Америка, Антарктида, Европа, Гавайи. Стоит подчеркнуть, что изображение носит уже не математически смоделированное фото, а визуальное отображение оптических систем — телескопов.

Что дальше?

Наивно полагать, что весь этот гигантский фронт работы необходим был лишь для получения контуров тени черной дыры на фоне красивых излучений. Исследуемый массив данных поможет глубже изучить процессы, протекающие в аккреционном диске, а также узнать детальнее его структуру. Огромное внимание ученых приковано магнитным полям, создаваемым аккреционным диском, и рождающие в свою очередь турбулентные потоки, тормозящие частицы вблизи черных дыр. И в заключении можно отметить, что подобные исследования уже на экспериментальном уровне могут проверить еще раз на прочность общую теорию относительности Эйнштейна.

www.sciencedebate2008.com

Интересные факты о черных дырах (18 фото)

Гениальный физик-теоретик и космолог Стивен Хокинг любит рассуждать на темы, которые заставляют нас переосмыслить множество научных явлений. Несколько дней назад его новое исследование заставило усомниться в существовании одного из самых загадочных явлений космоса — черных дыр. А пока ученые пытаются понять его новое исследование, предлагаю вам узнать интересные факты о черных дырах.

По мнению исследователя (которое изложено в работе “Сохранение информации и прогнозы погоды для черных дыр”), то, что мы называем чёрными дырами, может существовать без так называемого “горизонта событий”, за который вырваться уже ничто не может. Хокинг считает, что чёрные дыры удерживают свет и информацию только какое-то время, а потом “выплёвывают” обратно в космос, правда, в изрядно искажённом виде.

Свое название чёрные дыры получили потому, что всасывают свет, который касается ее границ, и не отражают его

Формируясь в момент, когда достаточно сжатая масса вещества деформирует пространство и время, черная дыра имеет определенную поверхность, называемую “горизонтом событий”, знаменующую собой точку невозврата.

Черные дыры влияют на течение времени

Близко к уровню моря часы идут медленнее, чем на космической станции, а вблизи черных дыр и того медленнее. Это каким-то образом связано с силой тяжести.

Ближайшая черная дыра находится примерно в 1600 световых лет от нас

Наша галактика усеяна черными дырами, однако ближайшая из тех, что теоретически способны уничтожить нашу скромную планету, находится далеко за пределами нашей Солнечной системы.

Огромная черная дыра находится в центре галактики Млечный Путь

Она расположена на расстоянии 30 тысяч световых лет от Земли, а её размеры более чем в 30 миллионов раз превышают размеры нашего Солнца.

Черные дыры, в конце концов, испаряются

Считается, что ничто не может вырваться из черной дыры. Единственное исключение из этого правила – радиация. По мнению некоторых ученых, по мере того, как черные дыры излучают радиацию, они теряют массу. В результате этого процесса черная дыра может и вовсе исчезнуть.

Черные дыры имеют форму не воронки, а сферы

В большинстве учебников вы увидите черные дыры, которые выглядят, как воронки. Это происходит потому, что они проиллюстрированы с точки зрения гравитационного колодца. В действительности они больше похожи на сферу.

Вблизи черной дыры всё искажается

Черные дыры обладают способностью искажать пространство, и, поскольку они вращаются, то искажение усиливается по мере вращения.

Черная дыра может убить ужасным образом

Хотя это кажется очевидным, что черная дыра несовместима с жизнью, большинство людей думают, что там их бы просто раздавило. Не обязательно. Вас, скорее всего, растянуло бы до смерти, потому что часть вашего тела, первой достигшая «горизонта событий» оказалась бы под значительно большим влиянием силы тяжести.

Черные дыры не всегда черные

Хотя они известны своей чернотой, как мы уже говорили ранее, они на самом деле излучают электромагнитные волны.

Черные дыры способны не только разрушать

Конечно, в большинстве случаев, так и есть. Однако существуют многочисленные теории, исследования и предположения о том, что черные дыры действительно могут быть приспособлены для получения энергии и для космических путешествий.

Открытие черных дыр принадлежит не Альберту Эйнштейну

Альберт Эйнштейн только возродил теорию черных дыр в 1916 году. Задолго до того, в 1783 году, ученый по имени Джон Митчелл первым разработал эту теорию. Это произошло после того, как он задался вопросом, может ли гравитация стать настолько сильной, что даже легкие частицы не могли бы избежать ее.

Черные дыры гудят

Хотя вакуум в космосе на самом деле не передает звуковых волн, если слушать с помощью специальных инструментов, то можно услышать звуки атмосферных помех. Когда черная дыра затягивает что-то внутрь, ее горизонт событий ускоряет частицы, вплоть до скорости света, и они производят гул.

Черные дыры могут генерировать элементы, необходимые для зарождения жизни

Исследователи считают, что черные дыры создают элементы по мере своего распада на субатомные частицы. Эти частицы способны создавать элементы тяжелее гелия, такие как железо и углерод, а также многие другие, необходимые для формирования жизни.

Черные дыры не только “проглатывают”, но и “выплевывают”

Черные дыры известны тем, что всасывают все, что оказывается вблизи их горизонта событий. После того, как что-то попадает в черную дыру, оно сдавливается с такой чудовищной силой, что отдельные компоненты сжимаются и в конечном счете распадаются на субатомные частицы. Некоторые ученые предполагают, что эта материя затем выбрасывается из того, что называют “белой дырой”.

Любая материя может стать черной дырой

С технической точки зрения, черными дырами могут становиться не только звезды. Если бы ключи от вашей машины уменьшились до бесконечно малой точки, сохранив при этом свою массу, то их плотность достигла бы астрономического уровня, и сила их тяжести увеличилась бы до невероятности.

Законы физики теряют силу в центре черной дыры

Согласно теориям, вещество внутри черной дыры сжимается до бесконечной плотности, а пространство и время перестают существовать. Когда это происходит, законы физики перестают действовать, просто потому, что человеческий разум не способен вообразить предмет, имеющий нулевой объем и бесконечную плотность.

Черные дыры определяют количество звезд

По мнению некоторых ученых, число звезд во Вселенной ограничено количеством черных дыр. Это связано с тем, как они влияют на газовые облака и образование элементов в тех частях Вселенной, где рождаются новые звезды.

planetologia.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *