Пресс-релиз
Астрономы Сделали Первый Снимок Чёрной Дыры. ESO, ALMA и APEX внесли вклад в революционные наблюдения гигантской чёрной дыры в центре галактики Messier 87 10 апреля 2019 года. Телескоп Event Horizon Telescope (EHT) — глобальная сеть из восьми наземных радиотелескопов, созданная в результате международного сотрудничества — был разработан для получения изображений чёрной дыры.
Сегодня, на скоординированных пресс-конференциях по всему миру, исследователи EHT объявили об успехе, представив первое прямое визуальное доказательство существования сверхмассивной чёрной дыры и её тени. Этот прорыв был объявлен сегодня в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters.
Изображение показывает чёрную дыру в центре Messier 87 [1], массивной галактики в близлежащем скоплении галактик Virgo. Эта чёрная дыра находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли и имеет массу в 6,5 миллиарда раз превышающую массу Солнца [2].
EHT объединяет телескопы по всему миру, образуя беспрецедентную виртуальную телескопическую систему размером с Землю [3]. EHT предлагает ученым новый способ изучения самых экстремальных объектов во Вселенной, предсказанных общей теорией относительности Эйнштейна в год столетия исторического эксперимента, впервые подтвердившего эту теорию [4].
«Мы получили первое изображение чёрной дыры», — заявил директор проекта EHT Шеперд С. Дулеман из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. «Это экстраординарное научное достижение, осуществлённое командой из более чем 200 исследователей».
Чёрные дыры — это необычные космические объекты с огромной массой, но чрезвычайно компактными размерами. Присутствие этих объектов оказывает экстремальное воздействие на окружающую среду, искажая пространство-время и перегревая любое окружающее вещество.
«Если чёрная дыра погружена в яркую область, например, в диск светящегося газа, мы ожидаем, что она создаст тёмную область, похожую на тень — нечто, предсказанное общей теорией относительности Эйнштейна, что мы никогда раньше не видели», — объяснил председатель Научного совета EHT Хайно Фальке из Университета Радбуда, Нидерланды. «Эта тень, вызванная гравитационным изгибом и захватом света горизонтом событий, многое рассказывает о природе этих захватывающих объектов и позволила нам измерить огромную массу чёрной дыры M87».
Множество методов калибровки и обработки изображений выявили кольцеобразную структуру с тёмной центральной областью — тенью чёрной дыры — которая сохранялась в ходе нескольких независимых наблюдений EHT.
«Как только мы убедились, что зафиксировали тень, мы могли сравнить наши наблюдения с обширными компьютерными моделями, включающими физику искажённого пространства, перегретого вещества и сильных магнитных полей. Многие особенности наблюдаемого изображения удивительно хорошо соответствуют нашему теоретическому пониманию», — отмечает Пол Т.П. Хо, член правления EHT и директор Восточноазиатской обсерватории [5]. «Это вселяет в нас уверенность в интерпретации наших наблюдений, включая нашу оценку массы чёрной дыры».
«Проверка теории наблюдениями — всегда драматичный момент для теоретика. Было облегчением и предметом гордости осознать, что наблюдения так хорошо соответствуют нашим предсказаниям», — добавил член правления EHT Лучано Реццолла из Университета Гёте, Германия.
Создание EHT было сложной задачей, которая потребовала модернизации и объединения глобальной сети из восьми существующих телескопов, расположенных в различных труднодоступных высокогорных местах. Эти места включали вулканы на Гавайях и в Мексике, горы в Аризоне и испанской Сьерра-Неваде, чилийскую пустыню Атакама и Антарктиду.
Наблюдения EHT используют метод, называемый сверхдлинной базовой интерферометрией (СДБИ), который синхронизирует телескопические установки по всему миру и использует вращение нашей планеты для создания одного огромного телескопа размером с Землю, работающего на длине волны 1,3 мм. СДБИ позволяет EHT достичь углового разрешения 20 микросекунд дуги — достаточно, чтобы прочитать газету в Нью-Йорке из кафе в Париже [6].
Телескопами, внесшими вклад в этот результат, были ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, телескоп James Clerk Maxwell, телескоп Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano, Submillimeter Array, Submillimeter Telescope и телескоп South Pole [7].
Петабайты необработанных данных с телескопов были объединены с помощью высокоспециализированных суперкомпьютеров, размещённых в Институте радиоастрономии им. Макса Планка и обсерватории MIT Haystack. Европейские учреждения и финансирование сыграли решающую роль в этом глобальном усилии, с участием передовых европейских телескопов и поддержкой Европейского исследовательского совета — в частности, гранта в размере 14 миллионов евро для проекта BlackHoleCam [8]. Поддержка ESO, IRAM и Общества Макса Планка также была ключевой.
«Этот результат основан на десятилетиях европейского опыта в миллиметровой астрономии», — прокомментировал Карл Шустер, директор IRAM и член правления EHT.
Создание EHT и наблюдения, объявленные сегодня, представляют собой кульминацию десятилетий наблюдательной, технической и теоретической работы. Этот пример глобального сотрудничества потребовал тесного взаимодействия исследователей со всего мира. Тринадцать партнерских институтов работали вместе, чтобы создать EHT, используя как существующую инфраструктуру, так и поддержку различных агентств. Ключевое финансирование было предоставлено Национальным научным фондом США (NSF), Европейским исследовательским советом (ERC) ЕС и финансирующими агентствами Восточной Азии.
«ESO рада внести значительный вклад в этот результат благодаря своему европейскому лидерству и ключевой роли в двух компонентах EHT, расположенных в Чили — ALMA и APEX», — прокомментировал генеральный директор ESO Хавьер Барконс. «ALMA — это наиболее чувствительная установка в EHT, и её 66 высокоточных антенн были критически важны для успеха EHT».
«Мы достигли того, что, как считалось, было невозможно всего одно поколение назад», — заключил Дулеман. «Прорывы в технологиях, связь между лучшими мировыми радиообсерваториями и инновационные алгоритмы объединились, чтобы открыть совершенно новое окно в чёрные дыры и горизонт событий».
Примечания
[1] Тень чёрной дыры — это то, к чему мы можем приблизиться к изображению самой чёрной дыры, совершенно тёмного объекта, из которого не может вырваться свет. Граница чёрной дыры — горизонт событий, по имени которого назван EHT — примерно на 2,5 раза меньше тени, которую она отбрасывает, и имеет диаметр чуть менее 40 миллиардов километров.
[2] Сверхмассивные чёрные дыры — относительно крошечные астрономические объекты, которые до сих пор было невозможно наблюдать напрямую. Поскольку размер горизонта событий чёрной дыры пропорционален её массе, чем массивнее чёрная дыра, тем больше тень. Благодаря своей огромной массе и относительной близости чёрная дыра M87 была предсказана как одна из самых больших, видимых с Земли, что делало её идеальной целью для EHT.
[3] Хотя телескопы физически не соединены, они могут синхронизировать записанные данные с помощью атомных часов — водяных мазеров — которые точно фиксируют время наблюдений. Эти наблюдения были собраны на длине волны 1,3 мм во время глобальной кампании 2017 года. Каждый телескоп EHT производил огромное количество данных — примерно 350 терабайт в день — которые хранились на высокопроизводительных жестких дисках, заполненных гелием. Эти данные были доставлены на специализированные суперкомпьютеры — известные как корреляторы — в Институте радиоастрономии им. Макса Планка и обсерватории MIT Haystack для объединения. Затем они были кропотливо преобразованы в изображение с использованием новых вычислительных инструментов, разработанных в рамках сотрудничества.
[4] 100 лет назад две экспедиции отправились на остров Принсипи у побережья Африки и в Собрал в Бразилии, чтобы наблюдать солнечное затмение 1919 года с целью проверки общей теории относительности, увидев, будет ли звёздный свет отклоняться вокруг края Солнца, как предсказывал Эйнштейн. По аналогии с этими наблюдениями, EHT отправила членов команды в некоторые из самых высоких и изолированных радиообсерваторий мира, чтобы снова проверить наше понимание гравитации.
[5] Восточноазиатская обсерватория (EAO), партнер проекта EHT, представляет участие многих регионов Азии, включая Китай, Японию, Корею, Тайвань, Вьетнам, Таиланд, Малайзию, Индию и Индонезию.
[6] Будущие наблюдения EHT увидят существенное повышение чувствительности с участием обсерватории IRAM NOEMA, Гренландского телескопа и телескопа Kitt Peak.
[7] ALMA — это партнерство Европейской южной обсерватории (ESO; Европа, представляющая ее государства-члены), Национального научного фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии, а также Национального исследовательского совета (Канада), Министерства науки и технологий (MOST; Тайвань), Академии синика Институт астрономии и астрофизики (ASIAA; Тайвань) и Корейского института астрономии и космических наук (KASI; Республика Корея) в сотрудничестве с Республикой Чили. APEX управляется ESO, 30-метровый телескоп управляется IRAM (организации-партнеры IRAM — MPG (Германия), CNRS (Франция) и IGN (Испания)), телескоп James Clerk Maxwell управляется EAO, телескоп Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano управляется INAOE и UMass, Submillimeter Array управляется SAO и ASIAA, а Submillimeter Telescope управляется Аризонской радиообсерваторией (ARO). Телескоп South Pole управляется Чикагским университетом со специализированным оборудованием EHT, предоставленным Университетом Аризоны.
[8] BlackHoleCam — это проект, финансируемый ЕС, для визуализации, измерения и понимания астрофизических чёрных дыр. Основная цель BlackHoleCam и телескопа Event Horizon (EHT) — получить первые изображения чёрной дыры массой в миллиард солнечных масс в близлежащей галактике M87 и её меньшего «кузена» Sagittarius A*, сверхмассивной чёрной дыры в центре нашего Млечного Пути. Это позволяет определить деформацию пространства-времени, вызванную чёрной дырой, с высокой точностью.
Дополнительная информация
Это исследование было представлено в серии из шести статей, опубликованных сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters. Сотрудничество EHT включает более 200 исследователей из Африки, Азии, Европы, Северной и Южной Америки. Международное сотрудничество работает над получением наиболее подробных изображений чёрных дыр, создавая виртуальный телескоп размером с Землю. Поддерживаемое значительными международными инвестициями, EHT объединяет существующие телескопы, используя новые системы — создавая принципиально новый инструмент с самым высоким угловым разрешением, когда-либо достигнутым. Участвующие телескопы: ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, обсерватория IRAM NOEMA, телескоп James Clerk Maxwell (JCMT), телескоп Large Millimeter Telescope (LMT), Submillimeter Array (SMA), Submillimeter Telescope (SMT), телескоп South Pole (SPT), телескоп Kitt Peak и телескоп Greenland (GLT). Консорциум EHT состоит из 13 заинтересованных институтов: Институт астрономии и астрофизики Academia Sinica, Университет Аризоны, Чикагский университет, Восточноазиатская обсерватория, Университет Гёте во Франкфурте, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Институт радиоастрономии им. Макса Планка, обсерватория MIT Haystack, Национальная астрономическая обсерватория Японии, Институт теоретической физики Периметра, Университет Радбуда и Смитсоновская астрофизическая обсерватория. ESO — ведущая межправительственная организация в области науки и технологий в астрономии в Европе и мире. Она реализует амбициозную программу, ориентированную на проектирование, строительство и эксплуатацию мощных наземных наблюдательных установок для астрономии. ESO также играет ведущую роль в содействии и организации сотрудничества в астрономических исследованиях. ESO управляет тремя уникальными мирового класса наблюдательными площадками в Чили: La Silla, Paranal и Chajnantor. В Paranal ESO управляет Very Large Telescope и его ведущим Very Large Telescope Interferometer, а также двумя обзорными телескопами, VISTA, работающим в инфракрасном диапазоне, и VLT Survey Telescope, работающим в видимом свете. Также в Paranal ESO будет размещать и эксплуатировать Cherenkov Telescope Array South, крупнейшую и самую чувствительную гамма-обсерваторию в мире. ESO также является основным партнером двух объектов в Чайнанторе, APEX и ALMA, крупнейшего в мире астрономического проекта. И на Серро Армазонес, недалеко от Paranal, ESO строит 39-метровый Extremely Large Telescope, ELT, который станет «самым большим глазом на небе».
Ссылки
– ESO EHT веб-страница
– Приглашение для СМИ на пресс-конференцию
– Веб-сайт EHT и пресс-релиз
– ESOBlog о проекте EHT
– Изображения ALMA
– Изображения APEX
– Комикс EHT от NAOJ (PDF формат, 39,1 МБ)
– Статьи:
– Статья I: Тень сверхмассивной чёрной дыры
– Статья II: Массив и приборы
– Статья III: Обработка и калибровка данных
– Статья IV: Визуализация центральной сверхмассивной чёрной дыры
– Статья V: Физическое происхождение асимметричного кольца
– Статья VI: Тень и масса центральной чёрной дыры
– Статья I: Тень сверхмассивной чёрной дыры
Контакты
Хайно Фальке
Председатель Научного совета EHT, Университет Радбуда
Нидерланды
Тел.: +31 24 3652020
Эл. почта: h.falcke@astro.ru.nl
Лучано Реццолла
Член правления EHT, Университет Гёте, Германия
Тел.: +49 69 79847871
Эл. почта: rezzolla@itp.uni-frankfurt.de
Эдуардо Росс
Секретарь правления EHT, Институт радиоастрономии им. Макса Планка, Германия
Тел.: +49 22 8525125
Эл. почта: ros@mpifr.de
Калум Тернер
Специалист по связям с общественностью ESO
Гархинг-бай-Мюнхен, Германия
Тел.: +49 89 3200 6670
Эл. почта: pio@eso.org
О релизе
Номер релиза: eso1907
Название: M87*, Messier 87
Тип: Местная Вселенная: Галактика: Компонент: Центральная чёрная дыра
Установка: Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment, Event Horizon Telescope
Научные данные: 2019ApJ…875L…6E 2019ApJ…875L…5E 2019ApJ…875L…4E 2019ApJ…875L…3E 2019ApJ…875L…2E 2019ApJ…875L…1E
Наше использование файлов cookie
Мы используем файлы cookie, которые необходимы для доступа к нашим веб-сайтам и использования наших услуг. Мы также используем файлы cookie для анализа, измерения и улучшения производительности наших веб-сайтов, для включения обмена контентом через социальные сети и для отображения медиаконтента, размещенного на сторонних платформах. Политика использования файлов cookie ESO