Астрономы получили первое в истории изображение «чёрной дыры»

Энергетическая структура «чёрной дыры»

Семёнов В.М., магистр

педагогического образования

1.Астрономы получили первое в истории изображение «чёрной дыры»

2.Тёмная энергия

3.Что такое тёмная материя?

4.Млечный Путь ( наша Галактика)

5.Энергетическая структура «чёрной дыры» на основе

мировоззрения новой эпохи

Астрономы получили первое в истории изображение «чёрной дыры»

shortstoryf On 11.04.2019

Группа астрономов, собранная из специалистов со всего мира, представила впервые в истории изображение гигантской чёрной дыры в сердце далёкой галактики M87. Ни для кого не секрет, что это событие является поистине революционным в астрофизике.

Это открытие было сделано с помощью проекта Event Horizon Telescope (EHT, Телескоп Горизонта Событий) – объединения планетарного масштаба из восьми наземных радиотелескопов, созданных в рамках международного сотрудничества. Проект EHT был разработан именно для получения изображения чёрной дыры. Вчера, 10 апреля 2019 года, по всему миру состоялась серия скоординированных пресс-конференций, в рамках которых исследователи продемонстрировали свои успехи: они показали первые прямые визуальные наблюдения сверхмассивной чёрной дыры и её тени.

Первое в истории изображение гигантской чёрной дыры в сердце далёкой галактики M87. Источник: EHT Collaboration

Об этом прорыве также было объявлено вчера посредством шести статей, опубликованных в специальном выпуске Astrophysical Journal Letters. На изображении показана чёрная дыра в центре объекта M87 – массивной галактики в соседнем к нам скоплении галактик Девы. Тень чёрной дыры – это самое близкое представление образа самой чёрной дыры, абсолютно тёмного объекта, из которого не может выйти свет. Граница чёрной дыры – горизонт событий, от которого и берёт своё название проект EHT – примерно в два с половиной раза меньше, чем тень, которую она отбрасывает и имеет чуть менее сорока миллиардов километров в поперечнике.

Эта чёрная дыра находится на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли и имеет массу, в шесть с половиной миллиардов раз превышающую массу Солнца. Сверхмассивные чёрные дыры – относительно небольшие астрономические объекты, из-за чего их непосредственное наблюдение до сих пор было невозможно. Поскольку размер чёрной дыры пропорционален её массе, чем массивнее чёрная дыра, тем больше её тень. Благодаря своей огромной массе и относительной близости, чёрная дыра в М87 всегда считалась одной из самых больших, видимых с Земли, что делает её идеальной мишенью для EHT.

EHT связывает воедино телескопы по всему миру, чтобы сформировать виртуальный телескоп размером с Землю с беспрецедентной чувствительностью и разрешением. Проект является результатом многолетнего международного сотрудничества и предлагает учёным новый способ изучения самых экстремальных объектов во Вселенной, предсказанных Общей теорией относительности Эйнштейна. Это исторический эксперимент впервые подтвердил теорию.

Изображение галактики M87 от рентгеновской обсерватории “Чандра”. Источник: Credits: NASA/CXC/Villanova University/J. Neilsen

И, хотя, телескопы физически не связаны, они могут синхронизировать свои записанные данные с атомными часами – водородным мазером, которые точно определяют время их наблюдений. Эти наблюдения были проведены 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 гелиевых жёстких дисках. Эти данные были переведены в специализированные суперкомпьютеры, известные как корреляторы, в Радиоастрономический институт имени Макса Планка и Обсерваторию Хайстак Массачусетского Технологического Института для объединения. Затем, эта информация была кропотливо преобразована в изображение с использованием новых вычислительных инструментов, разработанных группой.

Чёрные дыры – это необычные космические объекты с огромными массами, но чрезвычайно компактными размерами. Наличие этих объектов экстремальным образом влияет на их окружающую среду, деформируя пространство-время и перегревая любую окружающую их материю.

“Если мы погружены в яркую область, такую как диск светящегося газа, мы можем ожидать, что чёрная дыра создаст тёмную область, похожую на тень. Это и было предсказано Общей теорией относительности Эйнштейна, чего мы никогда не видели раньше. Эта тень, вызванная гравитационным изгибом и захватом света горизонтом событий, многое может рассказать о природе этих удивительных объектов и позволит нам измерить огромную массу черной дыры в M87”, – объясняет председатель Научного совета EHT Хейно Фальке из Университета Радбуда, Нидерланды.

Применение множества методов калибровки и визуализации выявило кольцевидную структуру с тёмной центральной областью – тенью чёрной дыры, которая сохранялась в течение нескольких независимых наблюдений EHT.

В наблюдениях EHT используется метод, называемый интерферометрией с очень длинной базой VLBI, который синхронизирует настройки телескопов по всему миру и использует вращение нашей планеты, чтобы сформировать один огромный телескоп размером с Землю, наблюдающий на длине волны 1.3 миллиметра. VLBI позволяет EHT достичь углового разрешения в 20 микросекунд. Исследователи шутят, что этого достаточно, чтобы прочитать газету в Нью-Йорке из уличного кафе в Париже.

Ожидается, что будущие наблюдения EHT позволят ещё больше увеличить чувствительность данных. Произойдёт это благодаря включению в проект Северного расширенного миллиметрового массива IRAM NOEMA, состоящего из двенадцати радиотелескопов, Гренландского телескопа и телескопа Китт Пик.

Эта черная дыра находится примерно в 55 миллионах световых лет от нас, в самом центре галактики с радиусом около 60000 световых лет. Галактика Млечный путь чуть меньше, она чуть больше 100000 световых лет в диаметре.

Масса черной дыры в центре M87 эквивалентна суммарной массе 6.5 миллиарда солнц. И вся эта масса упакована в относительно небольшое пространство.

По информации Европейской Южной Обсерватории.

Тёмная энергия

Shortstoryf

On 01.02.2019

Астрономы нашли доказательства того, что невидимая космическая сила, известная под названием тёмной энергии, может со временем проявляться сильнее. Сейчас общепринятым является тот факт, что эту энергию считают всегда постоянной. Если этот результат подтвердится, астрономам потребуется пересмотреть своё понимание фундаментальной истории и структуры вселенной.

Это новое исследование опирается на данные от рентгеновских обсерваторий “Чандра” НАСА и XMM-Newton Европейского Космического Агентства, а также на информацию от ультрафиолетового обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Тёмная энергия впервые была обнаружена около двадцати лет назад путём измерения расстояний до взрывающихся звёзд, называемых сверхновыми. Тёмная энергия – особый вид силы, или энергии, которая пронизывает всё пространство и заставляет вселенную расширяться с ускорением. На её долю приходится около семидесяти процентов состава Вселенной. В согласованной модели, используемой в настоящее время в большинстве исследований истории и структуры вселенной, тёмная энергия интерпретируется как “космологическая постоянная”. Это означает, что энергия связана с пустым пространством и постоянна во всём пространстве и времени.

Суть последнего результата заключается в разработке нового метода определения расстояний до квазаров – быстро растущих чёрных дыр в далекой вселенной, которые испускают чрезвычайно яркое излучение. Этот метод, использующий данные примерно о 1600 квазарах, позволяет астрономам определять расстояния до тех объектов, которые находятся гораздо дальше от Земли, чем наблюдаемые сверхновые.

Источник: NASA/CXC/M.Weiss; X-ray: NASA/CXC/Univ. of Florence/G.Risaliti & E.Lusso

Используя эти квазарные расстояния, Гвидо Рисальти из Университета Флоренции в Италии и Элизабета Луссо из Университета Дарема в Великобритании обобщили расчёты скорости расширения вселенной на большие расстояния а, следовательно, и на более раннее время в эволюции космического пространства. Так, обсерватория XMM-Newton открыла квазары, соответствующие времени, когда возраст вселенной составлял всего 2.3 миллиарда лет, а “Чандра” совместно с XMM-Newton обнаружила квазары в возрасте от 1.1 миллиарда до 2.3 миллиарда лет. Принятый в настоящее время возраст вселенной составляет 13.8 миллиарда лет.

Как сообщается в последнем выпуске издания Nature Astronomy, специалисты обнаружили, что скорость расширения отличается от предсказаний согласованной модели.

“Мы наблюдали квазары, которые существовали уже всего через миллиард лет после большого взрыва, и обнаружили, что скорость расширения вселенной до нашего времени была быстрее, чем мы ожидали. Это может означать, что тёмная энергия становится сильнее по мере старения космоса”.

В квазарах диск вещества вокруг чёрной дыры производит ультрафиолетовый свет. Часть этого излучения сталкивается с электронами в облаке горячего газа над и под диском, и эти столкновения могут увеличить энергию ультрафиолета до рентгеновских энергий. Это взаимодействие вызывает корреляцию между количеством наблюдаемого УФ и рентгеновского излучения. Расстояние до квазара зависит от этой корреляции.

Рисальти и Луссо собрали УФ-данные от обзора SDSS и рентгеновские данные от “Чандры” и XMM-Newton для 1598 квазаров, чтобы получить связь между ультрафиолетовыми и рентгеновскими потоками и расстояниями до квазаров. Затем они использовали эту информацию для изучения скорости расширения вселенной в очень раннее время. Исследователи нашли доказательства того, что количество тёмной энергии растет со временем.

“Поскольку это метод является новым, мы предприняли дополнительные шаги, чтобы показать, что этот метод даёт нам надежные результаты. Мы показали, что результаты нашей методики совпадают с результатами измерений сверхновых возрастом в 9 миллиардов лет, что даёт нам уверенность в надёжности наших результатов даже для более раннего времени”.

Исследователи также уделили большое внимание к выбору самих квазаров, чтобы свести к минимуму статистические ошибки и избежать систематических ошибок, которые могут зависеть от расстояния между Землёй и объектом.

Если результат подтвердится, это будет означать, что тёмная энергия не является космологической постоянной. Это могло бы также помочь устранить сохраняющееся несоответствие между измерением постоянной Хаббла, характеризующей скорость расширения Вселенной, на основе локальных показателей и измерением на основе космического микроволнового фона.

Используя наблюдения за сверхновыми, астрономы ранее сообщали, что вселенная, похоже, расширяется быстрее, по сравнению с тем, что ожидалось от данных, наблюдаемых вскоре после большого взрыва, когда и был произведен весь космический микроволновый фон.

“Некоторые учёные предположили, что для объяснения этого несоответствия может потребоваться новая физика, включая возможность того, что сила тёмная энергия может расти. Наши новые результаты полностью согласуются с этим предложением”.

Для дальнейшей проверки этих результатов Рисальти и Луссо планируют использовать большую выборку наблюдений квазаров с помощью “Чандры” по широкому диапазон расстояний и применить к ним эту же технику.

Препринт статьи доступен на arXiv.

По информации Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.