Сняли сверхмассивную черную дыру в центре нашей галактики
Впервые в истории астрономы получили замечательное изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь. На долгожданном снимке, представленном сегодня (12.05.2022) миру, изображен Стрелец A, масса которого примерно в 4,3 миллиона раз превышает массу нашего Солнца, и он находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли. По словам экспертов, из-за удаленности от нас он кажется в небе такого же размера, как пончик на Луне. Это произошло чуть более чем через три года после того, как те же самые астрономы сделали первую в истории фотографию черной дыры. Две черные дыры имеют поразительное сходство, несмотря на то, что Стрелец A в 2000 раз меньше Мессье 87, расположенного в далекой галактике на расстоянии 55 миллионов световых лет. На долгожданной серии пресс-конференций, проводимых одновременно по всему миру, команда Event Horizon Telescope поделилась своими выводами после того, как дразнила «новаторским открытием галактики Млечный Путь».
Анонсируя новое изображение, Ферьял Озел из Университета Аризоны назвал черную дыру «нежным гигантом в центре нашей галактики». Его также описывали как «клей, скрепляющий галактику». Черные дыры — это области пространства, гравитационное притяжение которых настолько велико, что ничто не может ускользнуть, включая свет. Поэтому опубликованное изображение изображает не саму черную дыру, потому что она совершенно темная, а светящийся газ, который окружает явление ярким кольцом изгибающегося света, известным как аккреционный диск. Кольцо примерно соответствует размеру орбиты Меркурия вокруг Солнца, что составляет около 40 миллионов миль (60 миллионов километров) в поперечнике. Астрономы заявили, что это открытие предоставляет неопровержимые доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и дает ценные сведения о работе таких гигантов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик.
Ранее ученые видели звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и очень массивного в центре Млечного Пути. Это убедительно свидетельствовало о том, что объект был черной дырой, и сегодняшнее изображение дает первое прямое визуальное свидетельство этого. Хотя саму черную дыру увидеть невозможно, потому что она совершенно темная, светящийся газ вокруг нее дает характерный признак: темную центральную область (называемую тенью), окруженную яркой кольцеобразной структурой. Новый вид фиксирует свет, искривленный мощной гравитацией черной дыры. «Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал ученый проекта EHT Джеффри Бауэр из Института астрономии и астрофизики, Academia Sinica, Тайбэй. «Эти беспрецедентные наблюдения значительно улучшили наше понимание того, что происходит в самом центре нашей галактики, и предлагают новое понимание того, как эти гигантские черные дыры взаимодействуют со своим окружением».
Результаты команды EHT опубликованы сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters. Доктор Юнси, научный сотрудник UKRI имени Стивена Хокинга в Лаборатории космических наук UCL Mullard, сказал: «Наши результаты являются самым убедительным доказательством на сегодняшний день того, что черная дыра находится в центре нашей галактики. «Эта черная дыра — клей, скрепляющий галактику. Это ключ к нашему пониманию того, как Млечный Путь формировался и будет развиваться в будущем. «Создание этого изображения — результат монументальных усилий сотен ученых в течение пяти лет. «Это было особенно сложно из-за тумана из звезд, пыли и газа между Землей и галактическим центром, а также из-за того, что картина света от Sgr A меняется быстро, в течение нескольких минут. «Но теперь у нас есть исчерпывающие результаты, и эта работа открывает новую главу в нашем понимании черных дыр». В апреле 2019 года астрономы сообщили, что получили изображение черной дыры на расстоянии 310 миллионов триллионов миль (500 миллионов триллионов километров) в галактике под названием M87.
Мессье 87 был описан учеными в то время как «чудовище» размером около 24 миллиардов миль (40 миллиардов километров) в поперечнике — в три миллиона раз больше Земли. Это также было запечатлено телескопом Event Horizon, сетью из восьми связанных телескопов, показывающих светящееся кольцо красного, желтого и белого цвета, окружающее темный центр. Восемь телескопов собрали 5 петабайт данных — или «эквивалент 5000 лет mp3-файлов» или «жизнь селфи для 40 000 человек». Наблюдения с телескопа «Горизонт событий» теперь можно считать одним из самых значительных научных прорывов века. Помимо внешнего сходства, Sgr A и M87 вели себя так, как предсказывала общая теория относительности Эйнштейна 1915 года, согласно которой сила гравитации возникает в результате искривления пространства и времени, а космические объекты изменяют эту геометрию. Несмотря на то, что Sgr A намного ближе к нам, астрономы говорят, что его изображение представляет собой уникальную проблему. Газ в окрестностях обеих черных дыр движется с одинаковой скоростью, близкой к скорости света. Но в то время как на орбиту более крупного M87 уходили дни и недели, он совершил облет Sgr A всего за несколько минут.
Яркость и структура газа вокруг Sgr A быстро менялись, когда команда наблюдала за ним, «что-то вроде попытки сделать четкий снимок щенка, быстро преследующего свой хвост», — сказал ученый EHT Чи-Кван Чан из Университета Аризоны. Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты для учета движущихся целей. Полученное изображение — работа более 300 исследователей из 80 стран в течение пяти лет — представляет собой среднее значение нескольких изображений, на которых видно невидимого монстра, скрывающегося в центре галактики. Теперь ученые стремятся сравнить две черные дыры, чтобы проверить теории о том, как газы ведут себя вокруг них — плохо изученное явление, которое, как считается, играет роль в формировании новых звезд и галактик. Исследование черных дыр, в частности их бесконечно малых и плотных центров, известных как сингулярности, где уравнения Эйнштейна не работают, может помочь физикам углубить свое понимание гравитации и разработать более продвинутую теорию.
Черные дыры — это чрезвычайно плотные объекты с настолько сильной гравитацией, что даже свет не может выйти наружу, что делает их наблюдение довольно сложным. Горизонт событий черной дыры — это точка невозврата, за которой все — звезды, планеты, газ, пыль и все формы электромагнитного излучения — уходит в небытие. Международное сотрудничество, которое составляет проект Event Horizon Telescope, включает обсерватории на Южном полюсе, в Европе, Южной Америке, Африке, Северной Америке и Австралии — все они должны быть направлены непосредственно на объект для измерения окружающей активности. Проект начался в 2012 году, чтобы попытаться напрямую наблюдать за ближайшим окружением черной дыры. Объявление в четверг было сделано на одновременных пресс-конференциях в США, Германии, Китае, Мексике, Чили, Японии и Тайване. Существуют разные категории черных дыр.
Самыми маленькими являются так называемые черные дыры звездной массы, образованные в результате коллапса массивных отдельных звезд в конце их жизненного цикла, а есть и черные дыры промежуточной массы. Наконец, есть сверхмассивные черные дыры, населяющие центры большинства галактик. Считается, что они возникают относительно скоро после образования их галактик, пожирая огромное количество материала, чтобы достичь колоссальных размеров. Млечный Путь — спиральная галактика, содержащая не менее 100 миллиардов звезд. Если смотреть сверху или снизу, она напоминает вращающуюся вертушку, где наше Солнце расположено на одном из спиральных рукавов, а Стрелец А расположен в центре. Черная дыра M87 намного дальше и массивнее, чем Стрелец A, расположенная примерно в 54 миллионах световых лет от Земли, а ее масса в 6,5 миллиардов раз больше массы нашего Солнца.
