Первое изображение черной дыры в центре нашей галактики

Астрономы представили первое изображение сверхмассивной черной дыры в центре нашей галактики Млечный Путь.

Этот результат предоставляет убедительные доказательства того, что объект действительно является черной дырой, и дает ценные сведения о работе таких гигантов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик.

Изображение было создано глобальной исследовательской группой под названием Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration с использованием наблюдений всемирной сети радиотелескопов.

Изображение представляет собой долгожданный взгляд на массивный объект, который находится в самом центре нашей галактики. Ранее ученые видели звезды, вращающиеся вокруг чего-то невидимого, компактного и массивного в центре Млечного Пути. Это убедительно свидетельствовало о том, что этот объект, известный как Стрелец A* (Sgr A*), является черной дырой, и сегодняшнее изображение дает первое прямое визуальное свидетельство этого.

Мы не можем видеть саму черную дыру, потому что она совершенно темная, но 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, которая в четыре миллиона раз массивнее нашего Солнца.

«Мы были ошеломлены тем, насколько хорошо размер кольца согласуется с предсказаниями общей теории относительности Эйнштейна», — сказал ученый проекта EHT Джеффри Бауэр.

«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 .

Поскольку черная дыра находится на расстоянии около 27 000 световых лет от Земли, кажется, что в небе она имеет примерно такой же размер, как пончик на Луне. Чтобы отобразить его, команда создала мощный телескоп EHT, который соединил восемь существующих радиообсерваторий по всей планете, чтобы сформировать единый виртуальный телескоп размером с Землю.

EHT наблюдал Sgr A * несколько ночей, собирая данные в течение многих часов подряд, подобно использованию длинной выдержки на камере.

Прорыв последовал за выпуском коллаборацией EHT в 2019 году первого изображения черной дыры под названием M87 * в центре более далекой галактики Мессье 87.

Две черные дыры выглядят удивительно похожими, хотя 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 астрофизики в Амстердамском университете, Нидерланды. «Это говорит нам о том, что общая теория относительности управляет этими объектами вблизи, и любые различия, которые мы видим дальше, должны быть связаны с различиями в материале, который окружает черные дыры».

Получить новое изображение было значительно сложнее, чем для M87*, хотя Sgr A* гораздо ближе к нам.

Ученый EHT Чи-Кван Чан объясняет: «Газ в окрестностях черных дыр движется с той же скоростью — почти со скоростью света — вокруг Sgr A* и M87*. Но там, где газу требуется от нескольких дней до нескольких недель, чтобы совершить оборот вокруг более крупного M87*, в гораздо меньшем Sgr A* он совершает оборот за считанные минуты. Это означает, что яркость и газовая картина вокруг Sgr A* быстро менялась, пока коллаборация EHT наблюдала за ней — это было похоже на попытку сделать четкий снимок щенка, который быстро гоняется за своим хвостом».

Исследователям пришлось разработать новые сложные инструменты, которые учитывали бы движение газа вокруг Sgr A*. В то время как M87* была более легкой и устойчивой целью, и почти все изображения выглядели одинаково, это не относится к Sgr A*. Изображение черной дыры Sgr A* является средним из изображений, извлеченных командой, и, наконец, впервые показывает гиганта, скрывающегося в центре нашей галактики.

Это стало возможным благодаря изобретательности более 300 исследователей из 80 институтов по всему миру, которые вместе составляют коллаборацию EHT.

В дополнение к разработке сложных инструментов для решения проблем с визуализацией Sgr A*, команда усердно работала в течение пяти лет, используя суперкомпьютеры для объединения и анализа своих данных, одновременно собирая беспрецедентную библиотеку смоделированных черных дыр для сравнения с наблюдениями.

Ученые особенно взволнованы тем, что наконец-то получили изображения двух черных дыр очень разных размеров, что дает возможность понять, чем они похоже и чеи различаются.

Астрономы 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 Академии Синика, Тайбэй. «У нас есть изображения двух черных дыр — одной на большом конце и одной на маленьком конце графика сверхмассивных черных дыр во Вселенной — так что мы можем пойти намного дальше в тестировании того, как гравитация ведет себя в этих экстремальных условиях, чем когда-либо прежде».