Об’єднання телескопів у безпрецедентних спостереженнях за відомою чорною дірою

У квітні 2019 року вчені опублікували перше зображення чорної діри в галактиці M87 за допомогою Телескопа горизонту подій (EHT). Однак це чудове досягнення було лише початком наукової історії, яку слід розповісти.

Дані з 19 обсерваторій, оприлюднені зараз, обіцяють дати неперевершене уявлення про цю чорну діру та систему, яку вона приводить в дію, а також вдосконалити тестування загальної теорії відносності Ейнштейна, йдеться в прес-релізі Гарвард-Смітсонівського астрофізичного центру.

“Ми знали, що перше пряме зображення чорної діри буде новаторським”, - говорить Казухіро Хада з Національної астрономічної обсерваторії Японії, співавтор нового дослідження, опублікованого в журналі “The Astrophysical Journal Letters”, де описується великий набір даних. “Але щоб отримати максимум від цього чудового зображення, нам потрібно знати все, що можна про поведінку чорної діри на той час, спостерігаючи за всім електромагнітним спектром”.

Величезне гравітаційне тяжіння надмасивної чорної діри може приводити в дію струмені (джети) частинок, які рухаються майже зі швидкістю світла на величезні відстані. Струмені M87 виробляють світло, що охоплює весь електромагнітний спектр, від радіохвиль, видимого світла до гамма-променів. Цей патерн різний для кожної чорної діри. Визначення цієї закономірності надає вирішальне розуміння властивостей чорної діри — наприклад, її обертання та вихід енергії — але це є проблемою, оскільки патерн змінюється з часом.

Вчені компенсували цю мінливість, координуючи спостереження за допомогою багатьох найпотужніших у світі телескопів на землі та в космосі, збираючи світло з усього спектру. Ці спостереження 2017 року були найбільшою кампанією одночасних спостережень, коли-небудь проведеною на надмасивній чорній дірі із струменями.

У цій визначній компанії брали участь три обсерваторії, керовані Гарвард-Смітсонівським астрофізичним центром: Субміліметровий масив (SMM) у місті Хіло, Гаваї; космічна рентгенівська обсерваторія Чандра; та Система з масиву телескопів візуалізації дуже енергійних випромінювань (VERITAS) на півдні Арізони.

Починаючи зі знакового зображення M87, зробленого EHT, нове відео переносить глядачів у подорож по даних, отриманих з кожного телескопа. У кожному послідовному кадрі у масштабі показано дані за багатьма з десяти факторів, такими як довжини хвилі світла, так і фізичний розмір.

Послідовність починається із зображення чорної діри квітня 2019 року. Потім вона переміщується через зображення з інших масивів радіотелескопів з усього земного шару (SMA), рухаючись назовні в полі зору під час кожного кроку. Далі вигляд змінюється на отриманий від телескопів, які визначають видиме світло, ультрафіолетове світло та рентгенівські промені (Чандра). Екран розділяється, щоб показати, як ці зображення, які одночасно покривають один і той самий обсяг неба, порівнюються одне з іншим. Послідовність закінчується показом того, що телескопи гамма-випромінювання на землі (VERITAS), і Фермі в космосі, виявляють у цієї чорної діри та її струменя.

Кожен телескоп надає різну інформацію про поведінку та вплив чорної діри із 6,5-мільярдною сонячною масою у центрі галактики M87, яка знаходиться приблизно в 55 мільйонах світлових років від Землі.

“Існує чимало груп, які прагнуть побачити, чи відповідають їхні моделі цим багатим спостереженням, і ми раді бачити, як все співтовариство використовує цей загальнодоступний набір даних, щоб допомогти нам краще зрозуміти глибокі зв'язки між чорними дірами та їхніми струменями”, - каже співавтор Даріл Хаггард з університету Макгілла в Монреалі, Канада.

Новини за подібною темою:

		У ранньому Всесвіті знайдено чорну діру, що поглинає матерію набагато швидше, ніж теоретично можливо
		Чорна діра знищує зорю та вже взялася за іншу
		Коливання Марса може бути ознакою темної матерії, говориться в дослідженні

Дані були зібрані групою із 760 вчених та інженерів з майже 200 установ, що охоплюють 32 країни або регіони, та за допомогою обсерваторій, що фінансуються агентствами та установами по всьому світу. Спостереження були зосереджені у період з кінця березня до середини квітня 2017 року.

“Цей неймовірний набір спостережень включає багато найкращих телескопів у світі”, - каже співавтор Хуан Карлос Альгаба з Університету Малайї в Куала-Лумпурі, Малайзія. “Це прекрасний приклад того, як астрономи усього світу працюють разом у пошуках науки”.

Перші результати показують, що інтенсивність світла, виробленого матеріалом навколо надмасивної чорної діри M87, була найнижчою з усіх, що коли-небудь спостерігалися. Це створило ідеальні умови для перегляду "тіні" чорної діри, а також дозволило ізолювати світло від регіонів, близьких до горизонту подій, від тих десятків тисяч світлових років, що знаходяться далеко від чорної діри.

Поєднання даних від цих телескопів та поточних (і майбутніх) спостережень EHT дозволить вченим провести дослідження у важливих напрямках деяких найбільш значущих і складних областей астрофізики. Наприклад, вчені планують використовувати ці дані для вдосконалення тестування теорії загальної відносності Ейнштейна. У даний час основною перешкодою для цих тестувань загальної теорії відносності є невизначеність щодо матеріалу, який обертається навколо чорної діри і викидається струменями, зокрема властивості, що визначають випромінюване світло.

Пов’язане з цим питання, яке адресоване поточному дослідженню, стосується походження енергетичних частинок, званих «космічними променями», які постійно бомбардують Землю з космосу. Їх енергії можуть бути в мільйон разів більшими за енергію, яку може виробляти найпотужніший прискорювач на Землі — Великий адронний колайдер. Величезні струмені, випущені з чорних дір, як ті, що показані на поточних знімках, вважаються найбільш вірогідним джерелом космічних променів з найвищою енергією, але є багато питань щодо деталей, у тому числі точні місця, де частинки прискорюються. Оскільки космічні промені виробляють світло під час зіткнень, гамма-промені з найвищою енергією можуть визначити це місцеположення, і нове дослідження вказує на те, що ці гамма-промені, швидше за все, не виробляються поблизу горизонту подій — принаймні, не в 2017 році. Ключем до вирішення цієї дискусії буде порівняння зі спостереженнями 2018 року та новими даними, зібраними цього тижня.

“Розуміння прискорення частинок має справді центральне значення для нашого розуміння як EHT-зображення, так і струменів у всіх їх "кольорах"”, - каже співавтор Сера Маркофф з Амстердамського університету. “Цим струменям вдається транспортувати енергію, що вивільняється чорною дірою, у масштабах, що перевищують галактику-господаря, наче як величезний (електричний) шнур живлення. Наші результати допоможуть нам розрахувати кількість енергії, що переноситься, і вплив струменів чорної діри на навколишнє середовище.”

Випуск цієї нової скарбниці даних збігається з проведенням спостережень EHT у 2021 році, що використовує всесвітній масив радіо-тарілок, вперше з 2018 року. Минулорічна кампанія була скасована через пандемію COVID-19, а в попередній рік була припинена через непередбачені технічні проблеми. Цього самого тижня протягом шести ночей астрономи EHT націлюються на кілька надмасивних чорних дір: знову ту, що знаходиться в M87, ту, що в нашій галактиці, яка називається Стрілець A*, і ще кілька віддалених чорних дір. Порівняно з 2017 роком масив був покращений за рахунок додавання ще трьох радіотелескопів: Гренландського телескопа, 12-метрового телескопа Кіт Пік в Арізоні та Розширеного міліметрового масиву NOrthern (NOEMA) у Франції.

“З оприлюдненням цих даних, у поєднанні з відновленням спостережень та вдосконаленням EHT, ми знаємо, що на горизонті є багато нових захоплюючих результатів”, - каже співавтор Міслав Балокович з Єльського університету.

“Я дуже радий бачити, як виходять ці результати, разом з моїми колегами, які працюють над SMA, деякі з яких брали безпосередню участь у зборі деяких даних для цього вражаючого вигляду на M87”, - каже співавтор Гаррет Кітінг, вчений проекту Субміліметровий масив. “А з результатами Стрільця A* - масивної чорної діри в центрі Чумацького Шляху, - які скоро з’являться, і з відновленням спостережень цього року, ми з нетерпінням чекаємо ще більш дивовижних результатів з EHT на довгі роки.”

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Чорні діри
• галактика M87
• Загальна теорія відносності Ейнштейна
• чорна діра M87