Горизонт события: вопросы и ответы с учеными EHT, которые запечатлели образы Стрельца А**

Исследователи из телескопа событий Horizon (EHT) выявили первое прямое изображение Стрельца A* (сокращенно SGR A*, произносится «Sadge-Aay-Star»), супермассивной черной дыры в центре нашей галактики. Ученые проекта EHT сделали свое драматическое раскрытие на нескольких одновременных пресс -конференциях по всему миру. Тот в Мюнхене был организован Европейской южной обсерваторией (ESO), чьи телескопы Alma и Apex играли важную роль в открытии.

Мы сели с участниками дискуссии и другими экспертами EHT после Мюнхенской конференции, в течение периода, выделенного для вопросов и ответов. И у нас было много вопросов! Вот что мы узнали.

Wfoojjaec хотел бы поблагодарить участников дискуссии и ученых -проектов, которые ответили на наши вопросы, в том числе Сара Иссаун, Кристиан М. Фромм, Мариафелисия де Лаурентис, директор проекта EHT Хуиб ван Ланжевельд, Дж. Антон Ценсс, Томас П. Кричбаум, Хосе Л. Гомес, и профессор Сера Маркофф, а также Джеффри Бауэр, с которым мы говорили индивидуально.

Здесь многое происходит. Кто -нибудь может просто ... объяснить мне изображение?

Issaoun: Черная дыра находится в темной области в центре этого изображения, где ее гравитационное притяжение настолько сильное, что свет не может избежать, и остается только темнота. Мы называем эту область тенью черной дыры. Этот регион окружен очень горячим газом, кружащимся вокруг черной дыры. Этот газ испускает радиоволны, которые мы наблюдаем с помощью телескопа горизонта событий. Эти радиоволны создают сияние, которое мы наблюдаем вокруг тени черной дыры.

Сегодняшнее изображение может выглядеть знакомым некоторым из вас. Мы все были поражены тем, что изображение SA* настолько похоже на изображение знаменитой черной дыры в галактике M87 - изображение, которую показала наша команда, еще в 2019 году! Тем не менее, SA* на 1000 раз менее массивна, чем M87*. Если бы SA* был размером с этого пончика прямо здесь - крошечный - M87* был бы размером с Allianz Arena, Мюнхенского футбольного стадиона (всего в нескольких километрах от того места, где мы находимся сегодня). Кроме того, SA* потребляет газ более медленнее, чем M87*. И эти две черные отверстия также находятся в совершенно разных средах. SA* проживает в центре нашей маленькой спиральной галактики - тогда как M87* живет в центре гигантской эллиптической галактики и выбрасывает мощную струю плазмы.

Несмотря на все эти различия, изображения этих двух черных дыр выглядят очень похожими. Это почему? Это сходство раскрывает нам ключевой аспект черных дыр. Независимо от их размера, ни окружающей среды, в которой они живут, как только вы достигнете края черной дыры, гравитация вступает во владение.

Что мы знаем о SGR A* сейчас, после этих наблюдений? Какие открытые вопросы обращается к этому изображению?

Issaoun: Из нашего изображения мы измерили размер тени SA*, чтобы быть 52 микроарк-секунды на небе. Это размером с пончик на поверхности Луны, как видно из Земли. В действительности, SGR A* примерно такой же большой, как орбита ртуть вокруг Солнца, но на расстоянии 27 000 легких лет. Поскольку размер тени черной дыры пропорциональна его массе, наше изображение говорит нам, что масса Sgr A* в четыре миллиона раз больше, чем у нашего солнца.

Открытые вопросы, на которые мы можем ответить, включают - это черная дыра? Да, это. Какова ориентация черной дыры в отношении нас? Мы вполне уверены, что это более или менее направлено на нас или лицом к лицу.

Когда вы говорите «лицо на лицо», означает ли это, что один из его полюсов или оси вращения направлен на землю?

Маркофф: Когда мы говорим о «указывании на нас», то, о чем мы говорим, - это ось, вокруг которой вращается черная дыра. И оказывается, что чистый угловой импульс довольно случайный по сравнению с большим масштабом галактики. Прямо сейчас, например, мы думаем, что черная дыра питается парой случайных звезд, сидящих вокруг нее, и эта ориентация больше связана с ориентацией звезд, чем с большим диском галактики.

FromM: Да, правильно, что одна из оси вращения направлено на нас. У нас нет точной модели, которая бы все объяснила. Мы можем сказать, что он вращается - и в том же направлении газа, вращающегося на вращении. Но точная скорость спина должна быть получена в предстоящих наблюдениях.

Как ваши наблюдения сравниваются с прогнозами общей относительности?

De Laurentis: Эти наблюдения подтверждают теорию относительности Эйнштейна в течение десяти процентов. Черные дыры - и, в частности, окрестности горизонта события - становятся наблюдательным испытательным стендом для гравитационной физики. Эта среда предлагает нам уникальную возможность определить, где и как разрушается теория Эйнштейна. И если это, конечно, это изменит наше понимание гравитации, даже свойства пространства и времени.

Можете ли вы объяснить, что происходит в этом видео, которое вы показали?

Ван Ланжевельд: Итак, мы начинаем с равнин Чили, где расположен телескоп Alma. Мы собираемся масштабироваться до Стрелец, лучника, который высоко в небе над северным Чили. И мы пойдем и увеличим масштаб, сначала в оптическом, но мы должны переключиться на инфракрасное размер, потому что мы можем проникнуть в галактику.

Видео:

Ван Ланжевельд: Мы оставляем десятки миллионов звезд, и мы добираемся до места, где звезды находятся на орбите вокруг темного места. Когда мы переключаемся на наши радиозмеи, то, наконец, мы видим изображение SGR A*, черной дыры в галактическом центре.

Какую технологию использует сотрудничество EHT для создания этих наблюдений?

Zensus: Я начну с Alma, большой миллиметровой/субмиллиметровой массивы Atacama, на высоте пять тысяч метров в чилийской пустыне. Это был наш переломный переход. Его чувствительность из -за огромной области сбора была разницей в измерении самых слабых сигналов. Ирам был нашим флагманом более двух десятилетий. Это важно для создания самого резкого изображения. Apex, эксперимент Atacama Pathfinder, неоценим для точной калибровки наших сигналов. И Noema, во французских Альпах, с ее огромной областью сбора и сверхчувствительными приемниками, дал огромный импульс EHT.

Крихбаум: Визуализация отдаленной черной дыры была бы невозможна без большого телескопа с очень высокой увеличительной силой или очень высоким угловым разрешением, как мы называем его астрономами. Чтобы достичь этого, астрономы объединили радиотелескопы, расположенные по всему миру, чтобы создать супер-телескоп, который имеет размер земли. Этот метод называется очень длинной базовой интерферометрией или VLBI.

Как ваша команда использовала VLBI для наблюдения за Стрельцом A*?

Гомес: EHT похож на гигантский телескоп размером с земли. Но это не работает как обычный телескоп. Вместо этого радиотелескопы EHT работают парами, каждая пара собирает информацию, необходимую для получения изображения. Когда Земля вращается, разделение между телескопами изменяется, предоставляя эти дополнительные данные, которые нам нужны.

Как команда выбрала цвета, когда они окрашивали изображение от IR на визуальное?

Bower: Цветовая схема полностью произвольной. Мы использовали его, чтобы проиллюстрировать газ вокруг черной дыры, которая очень жарко - миллиарды градусов! Но результат-черно-белый результат. (Инфракрасный) свет, который мы видим, создается в подмиллиметре, а затем получен в подмилиметре. Цвет исчезновения представляет интенсивность света, когда мы его обнаружили.

Есть ли способ вывести светимость или температуру Sgr A* из этого изображения?

Бауэр: Да, абсолютно - так, светимость, которую мы обнаруживаем, на самом деле не намного ярче, чем полная светимость солнца. Как подчеркнули некоторые из ораторов, SGR A* находится на «диете голода». Это трусливый лев галактического центра/черных дыр. Он потребляет очень мало и генерирует очень мало света.

Что касается второй части - это не черное тело; Черное тело производит очень специфический вид света. При действительно экстремальных температурах частиц, миллиарды градусов, вращающихся с черной дырой - у нас есть температура в миллиарды градусов. Но частицы имеют другое распределение, чем то, что вы получили бы от черного тела.

С какими были самые большие трудности, с которыми сталкивалась ваша команда при наблюдении и анализе SGR A*?

Гомес: Многие. Боже мой, с чего начать? Визуализация sgr a* была значительно более сложной, чем M87*, о боже. Это было действительно тяжелое время. Наша линия видимости к галактическому центру скрыта веществом, которая разбросала радиоволны, исходящие из области вокруг черной дыры.

Но самое главное, как показано в этих компьютерных анимациях, газ в этих двух черных отверстиях движется с той же скоростью - почти скорость света. Но SA* почти в тысячу раз меньше M87*. Это означает, что время, которое газ берет на орбиту sgr a*, составляет всего несколько минут, в то время как требуется дни до недель, чтобы орбит более крупный M87*. Это означает, что газ вокруг SGR A* на самом деле менялся, когда мы наблюдали за ним. Это было похоже на то, чтобы попытаться сделать четкую фотографию бегущего ребенка ночью. Вы можете себе представить, как это сумасшедшее нас привело.

Нам нужно было найти способ преодолеть эти крайние изменения. Мы наблюдаем за этими источниками (M87* и SGR A*) в течение восьми -десяти часов. И в течение этих восемь -десяти часов M87* не меняется. Это именно то, что SGR A* отказывается делать. Таким образом, мы создали эти новые инструменты, которые позволяют нам сделать слегка размытое изображение, к которому мы затем добавляем небольшое количество шума, чтобы компенсировать всю изменчивость.

Гомес: Каждое из этих изображений немного отличается, но, усредняя эти изображения вместе, мы можем подчеркнуть общие черты, наконец, показав гигант, скрывающегося в центре нашей галактики впервые.

Каковы самые большие различия между M87* и Sgr A*?

FromM: Основное различие - центральная масса. Галактический центр имеет примерно четыре миллиона солнечных масс, а M87* имеет миллиарды солнечных масс. Другое отличие - мощная струя, сгенерированная M87*. Для галактического центра мы видим это лицом к лицу, поэтому самолет-если он существует-будет направлена на нас. Но это очень разбавленно, поэтому мы не можем представить это. Я бы направил вас к своим коллегам, чтобы объяснить, что нам нужно, наконец, обнаружить это. А потом также есть скорость аккреции.

Гомес: Чтобы получить это изображение, нам понадобятся антенны разных разделений, чтобы измерить обе функции, которые очень маленькие, и функции, которые очень большие. Чтобы захватить возможную струю в SGR A*и фактически захватить струю, который, как мы знаем, существует в M87*, нам нужны измерения из телескопов с короткими расстояниями разделения, чтобы увидеть эти большие масштабы. Нам не хватало этой информации во время наблюдений 2017 года. … Но у нас есть новые антенны для наблюдений, которые следуют за кампанией 2017 года. До сих пор неясно, насколько яркой будет самолет в SA*, если он будет существует. Но мы будем преследовать это.

Насколько имеет значение SGR A* Accreting?

Issaoun: Мы на самом деле рассчитали это для пула в Твиттере. Если бы у вас была та же диета, что и SGR A*, масштабировавшись до вашей массы, вы бы съели одно рис, каждые миллион лет.

Как вы себя чувствовали, когда увидели эти результаты?

Issaoun: я получил докторскую степень Исследование на SGR A*, пытаясь преследовать эту самолет, которая может быть реальной, может быть мифом. Я работал над изображениями SA*, взятыми на более низкой частоте, чем EHT, пытаясь понять, откуда выбросы радиосвязи около SGR A*, пытаясь понять, можем ли мы ограничить наклон черной дыры от моих наблюдений. И до сегодняшнего дня я также был держателем звукозаписей для лучшего изображения SGR A*! (Смеется) Когда я увидел изображение тени Черной дыры, это был действительно захватывающий момент. Дрожь и волнение.

КРИЧБАУМ: Как несколько пожилого человека, я понял, как это началось. Я думаю, что прошло уже более тридцати лет, чтобы получить этот образ. Когда мы начали наблюдать, наши первые наблюдения на 1 мм ужасно провалились. Нам пришлось отступить до 2 мм, прежде чем мы смогли сделать это на 1 мм снова. И за эти годы методы настолько улучшились. Теперь очень приятно видеть, что он сработал, и что мы наконец -то сможем показать это изображение.

Имеет ли в виду сотрудничество EHT какие -либо другие цели?

Кричбаум: Конечно! Во время этих наблюдений за пробегами SA* и M87* мы также наблюдали ряд AGN (активные галактические ядра), некоторые из которых относительно близки.

Есть последние мысли?

Бауэр: Это веха, которая была в достижении десятилетий. SA* был обнаружен почти пятьдесят лет назад, и я начал работать над этим в середине 90-х годов, когда был студентом. И каждый, кто работал над этим, был мотивирован этой идеей приблизиться к черной дыре. Это реализация мечты, которую многие из нас очень долго осуществляли, чтобы создать этот образ и поделиться им с миром.

De Laurentis: Предстоящие годы будут преобразовать наше понимание черных дыр и фундаментальной природы гравитации. Итак, следите за обновлениями, потому что лучшее еще впереди.

Эти замечания были отредактированы для длины и ясности.

Читать далее

Ученые подтверждают наличие воды на Луне