Горизонт події: Питання та відповіді з вченими EHT, які зняли зображення Стрільця A*

Дослідники з телескопа Horizon події (EHT) виявили перше пряме зображення Стрільця A* (скорочений SGR A*, вимовляється «Садж-Ай-зірка»), надмасивної чорної діри в центрі нашої галактики. Вчені проекту EHT зробили своє драматичне розкриття на декількох одночасних прес -конференціях у всьому світі. Той у Мюнхені влаштував Європейська Південна обсерваторія (ESO), телескопи чиї та верхівки відігравали вирішальну роль у відкритті.

Ми сіли з учасниками дискусії та іншими експертами з ЕХТ після Мюнхенської конференції, під час періоду, відведеного для запитань. І у нас було багато питань! Ось що ми дізналися.

Wfoojjaec хотів би подякувати учасникам дискусії та вченим проекту, які відповіли на наші запитання, включаючи Сару Іссаун, Крістіан М. Фромм, Маріафеліцію де Лаурентіс, директор проекту EHT Хуїб Ван Лангевельд, Дж. Антон Зенсус, Томас П. Кріхбаум, Жозе Л. Гомес, і професор Сера Маркофф, а також Джеффрі Бауер, з яким ми говорили індивідуально.

Тут багато відбувається. Чи може хтось просто… пояснити мені зображення?

ISSAON: Чорна діра знаходиться всередині темної області в центрі цього зображення, де його гравітаційне потяг настільки сильний, що світло не може втекти, і залишається лише темрява. Ми називаємо цю область тінню чорної діри. Цей регіон оточений дуже гарячим газом, кружляючи навколо чорної діри. Цей газ випромінює радіохвилі, які ми спостерігаємо за допомогою телескопа Horizon Event. Ці радіохвилі створюють сяйво, яке ми спостерігаємо навколо тіні чорної діри.

Сьогоднішній образ може виглядати знайомим деяким з вас. Всі ми були вражені тим, що зображення SA* виглядають настільки схожим на зображення знаменитої чорної діри в галактиці M87 - зображення, яку розкрила наша команда, ще в 2019 році! Однак SA* перевищує 1000x менш масивне, ніж M87*. Якби SA* був розміром цього пончика прямо тут - крихітний - M87* був би розміром з арени Алліанца, Мюнхенського футбольного стадіону (всього в декількох кілометрах від місця, де ми сьогодні). Крім того, SA* споживає газ з набагато повільнішою швидкістю, ніж M87*. І ці два чорні дірки також проживають у абсолютно різних умовах. SA* проживає в центрі нашої маленької спіральної галактики - тоді як M87* живе в центрі гігантської еліптичної галактики і викидає потужний струмінь плазми.

Незважаючи на всі ці відмінності, зображення цих двох чорних дірок виглядають дуже схожими. Чому так? Ця схожість виявляє нам ключовий аспект чорних дірок. Незалежно від їх розміру, ані навколишнього середовища, в якому вони живуть, як тільки ви приїдете на край чорної діри, тяжкість переймає.

Що ми знаємо про SGR A* зараз, слідуючи за цими спостереженнями? Які відкриті запитання відповідає цій зображенні?

ISSAON: З нашого зображення ми вимірювали розмір тіні SA* на 52 мікро-дугові секунди на небі. Це приблизно розміром пончика на поверхні Місяця, як видно із Землі. Насправді SGR A* приблизно такий же великий, як орбіта Меркурія навколо Сонця-але на відстані 27 000 світлових років. Оскільки розмір тіні чорної діри пропорційний її масі, наше зображення говорить нам, що маса Sgr A* в чотири мільйони разів більша, ніж у нашого сонця.

Відкриті запитання, на які ми можемо відповісти, включають - чи крутиться чорна діра? Так. Яка орієнтація Чорної Дірки щодо нас? Ми досить впевнені, що це більш-менш вказується на нас, або на обличчя.

Коли ви говорите "обличчям", чи означає це, що один із його полюсів або віджимальних осей вказується на Землю?

Маркофф: Коли ми говоримо про "вказівки на нас", про те, про що ми говоримо, - це вісь, навколо якої крутиться чорна діра. І виявляється, що чистий кутовий імпульс є досить випадковим, порівняно з більшою шкалою галактики. Наприклад, ми вважаємо, що чорна діра живиться парою випадкових зірок, що сидять навколо неї, і ця орієнтація має більше спільного з орієнтацією зірок, ніж більший диск галактики.

FROMM: Так, правильно, що одна з віджимальних осей спрямована на нас. У нас немає точної моделі, яка б все пояснила. Можна сказати, що це крутиться - і в тому ж напрямку газового орбіти. Але точну швидкість спіну повинна бути отримана в майбутніх спостереженнях.

Як ваші спостереження порівнюються із прогнозами загальної відносності?

Де Лаурентіс: Ці спостереження підтверджують теорію відносності Ейнштейна до десяти відсотків. Чорні дірки - і, зокрема, околиці горизонту події - стають спостережливим тестом на гравітаційну фізику. Це середовище пропонує нам унікальну можливість визначити, де і як розбивається теорія Ейнштейна. І якщо це, звичайно, це перетворить наше розуміння сили тяжіння, навіть властивостей простору та часу.

Чи можете ви пояснити, що відбувається в цьому прольотному відео, яке ви показали?

Ван Лангевельд: Отже, ми починаємо з рівнин Чилі, де розташований телескоп Альми. Ми збираємося збільшити масштаб до Стрільця, лучника, який знаходиться високо на небі над північним Чилі. І ми підемо і збільшимо масштаб, спочатку в оптичному, але ми повинні перейти на інфрачервоний, тому що там ми можемо проникнути до галактики.

Відео:

Ван Лангевельд: Ми залишаємо позаду десятки мільйонів зірок, і ми дістаємось до місця, де зірки знаходяться на орбіті навколо темного місця. Коли ми перемикаємось тоді на наші радіо очі, те, що ми бачимо нарешті, - це зображення SGR A*, чорна діра в галактичному центрі.

Яку техніку використовує співпраця EHT, щоб зробити ці спостереження?

Зенсус: Я почну з Алми, великого міліметрового/субміліметрового масиву Atacama, на висоті п'яти тисяч метрів у чилійській пустелі. Це була наша зміна ігор. Його чутливість через величезну область збирання була різницею у вимірюванні найслабших сигналів. Ірам був нашим флагманом вже більше двох десятиліть. Це важливо для створення найгострішого зображення. Apex, експеримент з Atacama Pathfinder, неоціненний для точно калібрування наших сигналів. І Noema, у французьких Альпах, з величезною зоною збору та надчутливих приймачами, дав EHT величезний приріст.

Крихбаум: Зображення далекої чорної діри не було б можливим без великого телескопа дуже високої збільшувальної потужності або дуже високої кутової роздільної здатності, як ми це називаємо. Щоб досягти цього, астрономи поєднували радіотелескоп, розташовані по всьому світу, створити супер-телескоп, який має розмір землі. Ця методика називається дуже довгим-базовою інтерферометрією, або VLBI.

Як ваша команда використовувала VLBI для спостереження за Стрілею A*?

Гомес: EHT-це як гігантський телескоп розміром із землею. Але це не працює як звичайний телескоп. Натомість радіотелескопи роботи EHT в парах, при цьому кожна пара збирає інформацію, необхідну для отримання зображення. Коли Земля обертається, поділ між телескопами змінюється, забезпечуючи необхідні нам додаткові дані.

Як команда вибрала кольори, коли вони забарвлювали зображення з ІЧ на візуальну?

Бауер: кольорова гама повністю довільна. Ми використовували його, щоб проілюструвати газ навколо чорної діри, що дуже гаряче - мільярди градусів! Але результат-чорно-білий результат. (Інфрачервоне) світло, яке ми бачимо, створюється в субміліметрі, а потім отримується в субміліметрі. Кольорове в’янення представляє інтенсивність світла, коли ми його виявляли.

Чи є спосіб зробити висновок або температуру Sgr a* з цього зображення?

Бауер: Так, абсолютно - так, світність, яку ми виявляємо, насправді не настільки яскравіша, ніж загальна світилість Сонця. Як підкреслювали деякі оратори, SGR A* на «дієті голоду». Це боягузливий лев галактичного центру/чорних дірок. Це споживає дуже мало матерії і генерує дуже мало світла.

Що стосується другої частини - це не чорне тіло; Чорне тіло виробляє дуже специфічний вид світла. При дійсно екстремальних температурах частинок мільярди градусів, орбіти чорної діри - у нас температура мільярдів градусів. Але частинки мають інший розподіл, ніж те, що ви отримаєте від чорного тіла.

З якими найбільшими труднощами зіткнулися ваша команда в спостереженні та аналізі SGR A*?

Гомес: Багато. Боже мій, з чого я починаю? Зображення sgr a* було значно складнішим, ніж m87*, о мій. Це був справді важкий час. Наша лінія зору до галактичного центру затьмарена Матером, яка розкидала радіохвилі, що надходили з регіону навколо чорної діри.

Але найголовніше, як показано в цих комп'ютерних анімаціях, газ у цих двох чорних отворах рухається з однаковою швидкістю - майже швидкість світла. Але SA* майже в тисячу разів менше, ніж M87*. Це означає, що час, коли газ приймає на орбіту SGR A*, становить лише кілька хвилин, тоді як на орбіту більшого M87*. Це означає, що газ навколо SGR A* насправді змінювався, поки ми спостерігали його. Це було як намагатися сфотографувати бігову дитину вночі. Ви можете собі уявити, як це шалено нас змусило.

Нам потрібно було знайти спосіб подолати ці крайні зміни. Ми спостерігаємо за цими джерелами (M87* та SGR A*) протягом восьми -десяти годин. І протягом цих восьми -десяти годин M87* не змінюється. Це саме те, що SGR A* відмовляється робити. Таким чином, ми створили ці нові інструменти, які дозволяють нам зробити трохи розмитих зображення, до якого потім додаємо невелику кількість шуму, щоб компенсувати всю мінливість.

Гомес: Кожне з цих зображень дещо відрізняється, але, усереднюючи ці зображення разом, ми можемо підкреслити загальні риси, нарешті розкриваючи гігантського, що ховається в центрі нашої галактики вперше.

Які найбільші відмінності між M87* та SGR A*?

FROM: Основна відмінність - центральна маса. Галактичний центр має приблизно чотири мільйони сонячних мас, а M87* - мільярди сонячних мас. Ще одна відмінність - це потужний реактив, створений M87*. Для галактичного центру ми бачимо його обличчям, тому струмінь-якщо він існує-був би вказаний на нас. Але це дуже розбавляє, тому ми не можемо його зобразити. Я б посилав вас на своїх колег, щоб пояснити, що нам потрібно, щоб нарешті його виявити. А потім є також швидкість нарощування.

Гомес: Для того, щоб отримати це зображення, нам потрібні антени різних розділів, щоб виміряти обидві особливості, які є дуже маленькими, і дуже великі особливості. Для того, щоб зафіксувати можливий струмінь у SGR A*, і щоб фактично зафіксувати струмінь, який, як ми знаємо, існує в M87*, нам потрібні вимірювання з телескопів з короткими відстанями розмежування, щоб побачити ці більші масштаби. Нам не вистачало цієї інформації під час спостережень 2017 року. … Але у нас є нові антени для спостережень, які слідують за кампанією 2017 року. Досі незрозуміло, наскільки яскравим буде струмінь у SA*, якщо він існує. Але ми будемо переслідувати це.

Наскільки важливим є Sgr A* Accreting?

ISSAON: Ми фактично обчислили це для пулу Twitter. Якби у вас була така ж дієта, що і SGR A*, масштабна до вашої маси, ви їли б одне зерно рису, кожен мільйон років.

Як ви почувались, побачивши ці результати?

Іссаун: Я зробив доктор наук. Дослідження SGR A*, намагаючись переслідувати цей струмінь, який може бути реальним, може бути міфом. Я працював над зображеннями SA*, взятої з меншою частотою, ніж Ехт, намагаючись зрозуміти, звідки походить радіо викиди з майже SGR A*, намагаючись зрозуміти, чи зможемо ми обмежити нахил чорної діри з моїх спостережень. І до сьогодні я також був власником запису найкращого зображення SGR A*! (Сміхся) Коли я побачив зображення тіні чорної діри, це був справді захоплюючий момент. Шиверс і хвилювання.

Крихбаум: Як дещо старша людина, я зрозумів, як це почалося. Я думаю, що зараз було більше тридцяти років, щоб отримати цей образ. Коли ми почали спостерігати, наші перші спостереження на 1 мм жахливо провалилися. Нам довелося відступити до 2 мм, перш ніж ми змогли це зробити на 1 мм знову. І з роками методи настільки покращилися. Це дуже гарне відчуття, щоб побачити зараз, коли це спрацювало, і що ми нарешті можемо показати цей образ.

Чи є у співпраці EHT якісь інші цілі на увазі?

Крихбаум: Звичайно! Під час цих спостережень SA* та M87* ми також спостерігали ряд AGN (активні галактичні ядра), деякі з яких відносно близькі.

Будь -які остаточні думки?

Бауер: Це віха, яка була десятиліттями в досягненні. SA* було виявлено майже п'ятдесят років тому, і я почав працювати над цим у середині 90-х, коли я був студентом. І кожен, хто працював над цим, був мотивований цією ідеєю наблизитися до чорної діри. Це усвідомлення мрії, яку багато хто з нас мав дуже довго, щоб створити цей образ і поділитися ним зі світом.

Де Лаурентіс: Нижні роки перетворять наше розуміння чорних дірок та фундаментальної природи тяжкості. Отже, будьте в курсі, тому що найкраще ще попереду.

Ці зауваження були відредаговані на довжину та ясність.

Читати далі

7 планет TRAPPIST-1 мають напрочуд подібними властивостями

Астрономи дуже добре полюють на екзопланети за невеликої допомоги потужних наземних і космічних телескопів. Ми більше не знаходимо тут і там одну планету - ми відкриваємо цілі сонячні системи. TRAPPIST-1 представляв особливий інтерес завдяки своїй системі із семи планет, відкритих у 2016 та 2017 рр. Нове дослідження підтвердило, що всі ці планети маленькі та кам'янисті, як Земля, і всі вони напрочуд схожі одна на одну.

Міжзорний відвідувач може бути фрагментом плутоподібної планети