Стрілець A*. Вчені показали фотографію чорної діри в центрі Чумацького Шляху

“В центрі Чумацький Шлях він надмасивний Чорна діра“- вчені давно висунули таку теорію, засновану, в тому числі, на спостереженнях за рухом зірок в центральній області наша галактика – цей вказував, що в цій точці був об’єкт з масою в чотири мільйони разів більшою за масу Сонця.

Чорна діра — це область, де гравітаційна сила вона настільки потужна, що не дає вирватися жодній матерії, навіть світлу. Щоб його виготовити, потрібно набрати дуже велику масу в невеликому обсязі. Математична межа цієї області називається горизонтом подій. Існує два основних типи чорних дір: зоряні маси і надмасивні чорні діри з масами мільйонів або навіть мільярдів сонячних мас.

Чорна діра в центрі Чумацького Шляху. Вчені показали картинку

Фото, представлене в четвер, є першим прямим візуальним підтвердженням його існування чорна діра в центрі Чумацького Шляху. На ньому зображена тінь чорної діри та яскраве кільце поруч з нею горизонт подій. Розмір тіні чорної діри становить приблизно 52 мікросекунди дуги по небу.

ДИВІТЬСЯ: Це спрацювало! Вчені вперше вирощували рослини на місячному ґрунті

На зображенні немає перше в історії зображення чорної діри. У 2019 році були оголошені спостереження за тінню чорної діри з Messier 87 (об’єкт M87 *). Обидві є надмасивними чорними дірами, але є відмінності: M87 * приблизно в 1600 разів масивніше, ніж Стрілець A *.

Фото чорної діри. Вчені здивувалися

Джеффрі Бауер з Інституту астрономії та астрофізики Academia Sinica в Тайбеї, Тайвань, який працює над командою проекту EHT, сказав, що він «приголомшений тим, наскільки добре розмір кільця відповідає прогнозам. Загальна теорія відносності Ейнштейна. Ці безпрецедентні спостереження значно покращили розуміння того, що відбувається в самому центрі нашої галактики, і дали нове уявлення про те, як гігантська чорна діра взаємодіє з навколишнім середовищем».

У свою чергу, д-р Мацей Вельгусастрофізик, який брав участь у проекті, розповів про «філософський зміст відкриття».

– Ми вперше бачимо найглибший центр нашої власної галактики, навколо якого всі ми обертаємось зі швидкістю один оберт кожні 250 мільйонів років. Це наша чорна діра, сказав він. «Побачити центр нашої галактики вперше має філософський сенс», — додав він.

Стрілець A*. Що ми знаємо про нього?

Вчені вказують, що спостереження за Стрільцем A* були набагато складнішими, ніж за галактикою M87, через набагато швидша мінливість навколо чорної діри. В обох випадках газ поблизу чорної діри рухається з однаковою швидкістю, близькою до швидкості світла. Але для виходу на орбіту M87 * потрібні дні або навіть тижні, тоді як газу на орбіту Sagitari A* потрібні лише хвилини. Це означає, що яскравість і структура газу навколо нього змінюються набагато швидше, що ускладнює отримання стабільного зображення. Вченим довелося розвиватися методи, що передбачають рух газу.

У випадку чорних дір маса прямо пропорційна радіусу, тому M87 * також у 1600 разів більше одночасно. Однак через різницю у відстанях вони обидва мають для нас схожий кутовий розмір на небі. Чорна діра M87 * знаходиться на відстані 55 мільйонів світлових років від нас, а Стрілець A * – на відстані 27 000 світлових років.

SEE: Глава Facebook показав демонстрацію проекту Cambria, майбутнього VR

Вчені відзначають, що незважаючи на ці відмінності об’єкти дуже схожі. Як він пояснює Сера Маркофф з Університету Амстердама в Нідерландах, співголова Наукової ради EHT, ми маємо два абсолютно різних типи галактик і дві абсолютно різні маси чорних дір, але біля країв цих чорних дір вони виглядають жахливо схожими, що говорить нам, що загальна теорія відносності керує цими об’єктами з близької точки, і будь-які відмінності, які ми бачимо далі, повинні бути пов’язані з відмінностями в матерії, яка оточує чорні діри.

Зображення чорної діри. «Ми дізнаємося дещо нове»

Доктор Мацей Вельгус сказав, що астрофізики дуже хочуть зрозуміти, що відбувається в центрі нашої галактики. «Ми дізналися кілька нових речей із цієї картини», — додав він. – Ми здобуваємо спеціальні знання, наприклад такі, що Стрілець A * динамічно змінюється протягом короткого періоду часу. Це означає, що в майбутньому ми зможемо вивчати динаміку падіння речовини в чорну діру».

Він додав, що мінливість чорної діри спостерігається завдяки «фото» він трохи менший, ніж це було запропоновано теоретичними моделями. «У моделях чогось не вистачає, тому що ви бачите, що реальний об’єкт трохи менш мінливий, ніж показують розрахунки. Ми не знаємо чому. «Я думаю, що багато фізиків-теоретиків тепер сядуть і спробують з’ясувати, чому наші найкращі чисельні моделі передбачають трохи більшу мінливість, ніж ми бачимо в цих спостереженнях», — каже він.

ДИВІТЬСЯ: Нова функція в Google – Immersive View. Справжній 3D-світ на вашому телефоні

Пряме спостереження за Стрільцем A * також дає нову інформацію про справу, яка йому доводиться. Електрони там, ймовірно, набагато холодніші за протони. – Теоретично це було передбачено. Однак у нас ніколи не було підтвердження, що існують такі астрономічні потоки, в яких електрони і протони мають абсолютно різні температури. Тепер маємо, – підсумував науковець.

Як створюється фотографія чорної діри?

Зображення чорної діри було отримано в результаті аналізу даних радіообсерваторій, які співпрацюють у проекті під назвою Event Horizon Telescope (EHT). Результати своєї роботи вчені представили у четвер на прес-конференціях, організованих одночасно в кількох місцях по всьому світу.

Показано зображення чорної діри було визначено, серед іншого, як “фото” але це не має нічого спільного з традиційною фотографією. – У випадку з чорною дірою ми маємо інший метод реконструкції зображення, ніж, наприклад, у камері, – сказав доктор Вельгус.

Пояснюючи, як створюється така «фото», він зауважив, що кожне зображення складається з певних компонентів і коли ми робимо звичайну фотографію, «ми бачимо їх усі». Таке традиційне фото чорної діри можна було зробити лише за допомогою радіотелескопа з чашею діаметром приблизно від Землі. «Але нам ніхто не дасть», — пожартував він.

Астрономи використовували інший метод спостереження: вони запустили в роботу вісім радіотелескопів, розкиданих по всьому світу. Вони об’єднали радіотелескопи попарно в різних конфігураціях. Пізніше за допомогою цих пар вони спостерігали за далеким об’єктом у космосі.

– За допомогою пар радіотелескопів вимірюємо одну складову зображення. За допомогою восьми різних телескопів ми можемо створити 28 пар, що дозволяє нам виміряти 28 компонентів зображення. Це щось, – підкреслив співавтор дослідження.

Таким спостереженням сприяє обертання Землі, яке змінює геометрію трикутників, складених із двох телескопів, і спостережувану область. – Земля обертається, тому ми можемо виміряти багато компонентів зображення протягом кількох годин. Потім виконуємо чисельну реконструкцію зображення – за допомогою обчислень ми можемо доповніть відсутні дані на зображенні – коментує доктор Вельгус. «Ми витратили п’ять років, працюючи над цими даними – зменшуючи їх, калібруючи та розуміючи, що вони означають. Яке полегшення нарешті мати ефект!

Фото Стрільця A *. До проекту були залучені сотні вчених

У роботі взяла участь команда з понад 300 вчених з 80 інститутів по всьому світу. Для спостережень, проведених у квітні 2017 року, було використано ряд радіотелескопів: Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), 30-метровий телескоп IRAM, телескоп Джеймса Клерка Максвелла (JCMT), Великий міліметровий телескоп Альфонсо Серрано (LMT), субміліметрова решітка (SMA), субміліметровий телескоп UArizona (SMT), телескоп Південного полюса (SPT). З тих пір до мережі EHT також були додані Гренландський телескоп (GLT), Північна розширена міліметрова решітка (NOEMA) і 12-метровий телескоп UArizona на Кітт-Пік.

Європейський внесок На додаток до дослідницьких груп і телескопів, цим важливим відкриттям став також суперкомп’ютер EHT для синтезу даних, розміщений в Інституті радіоастрономії Макса Планка в Німеччині та фінансований Європейською дослідницькою радою та Товариством Макса Планка в Німеччині.

ДИВІТЬСЯ: Тихий, комфортний та економічний Airbus A350. Що це за літак?

У команді EHT двоє поляків: проф. Моніка Мосцібродзька з Університету Радбуд у Неймегені (Нідерланди) та доктор Мацієк Вельгус з Інституту радіоастрономії Макса Планка в Бонні (Німеччина). проф. Мосцібродзька зробив значний внесок у теорію, пов’язану з публікаціями, а доктор Вельгус – в обробку даних. Він перший автор однієї з публікацій про криві зміни сяйва Стрільця A*.

Дослідження було опубліковано в серії статей, які з’явилися в спеціальному випуску наукового журналу The Astrophysical Journal Letters.