Телескоп "Горизонт події", масив планети з восьми наземних радіотелескопів, сформованих за допомогою міжнародної співпраці, зафіксував це зображення надмасивної чорної діри в центрі галактики M87 та її тіні.
(Зображення: © Співпраця EHT)
Чорні діри нарешті витягли з тіні.
Вперше людство сфотографувало одного з цих невловимих космічних звірів, сяючи світлом на екзотичній царині космічного часу, яка вже давно перебуває за межами нашого куна.
"Ми бачили, що ми вважали незавидним", - заявив сьогодні (10 квітня) під час прес-конференції в Національному прес-клубі у Вашингтоні, D.C., Шеперд Доулман з Гарвардського університету та Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики.
Doeleman керує проектом телескопа Event Horizon (EHT), який захопив епічні зображення. Ці чотири фотографії, які були оприлюднені сьогодні на прес-заходах по всьому світу та в серії опублікованих робіт, окреслюють контури чудовисько-чорної діри, що лежить в основі еліптичної галактики M87.
Образи самі по собі досить вражаючі. Але ще більш значущим є те, що нові результати, ймовірно, спалахнуть, вважають дослідники.
"Дійсно вивчити нове поле", - сказав Пітер Галісон, професор фізики та історії науки Гарварду, під час розмови EHT на минулому місяці на фестивалі South by Southwest (SXSW) в Остіні, Техас. "І ось в кінцевому підсумку це так хвилює".
Галісон, який був співзасновником міждисциплінарної ініціативи "Чорна діра" Гарвардського університету, порівняв потенційний вплив зображень із впливом малюнків, зроблених англійським ученим Робертом Гуком у 1600-х роках. Ці ілюстрації показали людям, як виглядають комахи та рослини через мікроскоп.
"Це відкрило світ", - сказала Галісон про роботу Гука.
Телескоп розміром із Землю
EHT - це консорціум із понад 200 науковців, який працює у роботі близько двох десятиліть. Це справді міжнародне починання; Фінансування протягом багатьох років надходило від Національного наукового фонду США та багатьох інших організацій країн світу.
Проект отримав свою назву від знаменитої точки повернення чорної діри - немає межі, за якою ніщо, навіть світло, не може уникнути гравітаційних затисків об'єкта.
"Горизонт подій - це найвища в'язнична стіна", - заявив для Space.com директор-засновник BHI Аві Лоб, голова кафедри астрономії Гарвардського університету. (Лоб не входить до команди EHT.) "Щойно ти там, ніколи не можеш вибратися".
Тому неможливо сфотографувати інтер’єр чорної діри, якщо тільки якимось чином не вдасться потрапити туди самостійно. (Звичайно, ви та ваші фотографії не змогли повернутись у зовнішній світ.)
Отже, EHT зображує горизонт події, відображаючи темний силует чорної діри. (Диск швидкоплинного газу, що крутиться навколо чорних дір, випромінює багато випромінювання, тому такі силуети виділяються.)
"Ми шукаємо втрати фотонів", - розповів Space.com член наукової ради EHT Ден Марроне, доцент кафедри астрономії в університеті Арізони.
Проект ретельно вивчає дві чорні діри - бегемот M87, який містить близько 6,5 мільярдів разів більше маси сонця Землі, і центральну чорну діру нашої галактики Чумацький шлях, відому як Стрілець А *. Цей останній об'єкт, хоча і досі є надмасивною чорною дірою, - це каламуть порівняно зі звіром M87, що містить лише 4,3 мільйона сонячних мас.
Обидва ці об'єкти є жорсткими цілями через їх величезну віддаленість від Землі. Стрілець A * лежить приблизно за 26 000 світлових років від нас, а чорна діра M87 - це величезні 53,5 мільйона світлових років.
З нашої точки зору, горизонт подій Стрільця A * "настільки малий, що це еквівалент бачити помаранчевий на Місяці або вміти читати газету в Лос-Анджелесі, поки ви сидите в Нью-Йорку", - сказав Доулман під час подія SXSW минулого місяця.
Жоден телескоп на Землі не може зробити це спостереження, тому Доельман та решта команди EHT повинні були проявити творчість. Дослідники пов'язали радіотелескопи в Арізоні, Іспанії, Мексиці, Антарктиді та інших місцях світу, утворюючи віртуальний інструмент розміром із Землю.
Стільки даних
Команда EHT використовувала цей мегаскоп для вивчення двох надмасивних чорних дір протягом двох тижнів, що тривають на сьогодні - один раз у квітні 2017 року та знову наступному році. Нова образа походить від першого спостережувального циклу.
Є вагомі причини, чому минуло два роки, щоб вийшов перший результат проекту. По-перше, щовечора спостереження генерувало близько 1 петабайта даних, що призводило до такого перетягування, що команда повинна переміщувати свою інформацію з місця на місце старомодним способом.
"Ми не можемо передати ці дані через Інтернет", - заявив науковець проекту EHT Димитріос Псалтіс, професор астрономії в університеті Арізони на заході SXSW. "Отже, що ми насправді робимо, ми беремо свої жорсткі диски і ми FedEx їх з місця на місце. Це набагато швидше, ніж будь-який кабель, який ви коли-небудь можете знайти".
Це, звичайно, уповільнює і ускладнює аналіз. Наприклад, дані з області EHT поблизу Південного полюсу не змогли зійти з Антарктиди до грудня 2017 року, коли було досить тепло, щоб літаки могли заходити та виходити, сказав Марроне.
Співвіднесення та калібрування даних також було складним, додав він. І команда дуже подбала про цю роботу, враховуючи знаменний характер знахідки.
"Якщо ви збираєтеся зіткнутися з великою претензією на зображення чорної діри, у вас повинні бути великі докази, дуже вагомі докази", - сказав Доулман на заході SXSW (який служив поясненням зусиль EHT, але не оголосив будь-які результати).
"І в рамках нашого проекту ми часто думаємо, що такі люди, як [Альберт] Ейнштейн, [Артур] Едінгтон [і Карл] Шварцшильд, ніби дивляться через наші плечі", - додав він, посилаючись на фізиків, які допомагали піонерам зрозуміти чорні діри. "І коли у вас є світила, які практично перевіряють вашу роботу, ви дійсно хочете, щоб це було правильно".
Що це все означає
Псалтіс зазначив, що проект EHT має дві основні цілі: вперше зобразити горизонт подій та допомогти визначити, чи потребує перегляд теорії загальної відносності Ейнштейна.
До того, як Ейнштейн прийшов разом, гравітація вважалася загадковою силою на відстані. Але загальна відносність описує це як викривлення простору-часу: масивні предмети, такі як планети, зірки та чорні діри, створюють своєрідний прогин у просторі та часі, як би куля для боулінгу, якби його розміщували на батуті. Об'єкти, що знаходяться поблизу, слідують за цією кривою і перетворюються на центральну масу.
Загальна коефіцієнт відносності затримався неймовірно добре протягом століття з моменту його введення, пройшовши кожен тест, який вчені кинули на нього. Але спостереження EHT надають ще одне випробування, в крайній царині, де прогнози можуть не відповідати реальності. Це тому, що астрономи можуть обчислити очікуваний розмір і форму горизонту подій, використовуючи загальну відносність, пояснив Псалтіс.
Якщо спостережуваний силует відповідає теоретично проінформованим моделюванням, "тоді Ейнштейн мав 100% рацію", - сказав Псалтіс. "Якщо відповідь" ні ", тоді нам доведеться виправити його теорію, щоб змусити її працювати з експериментами. Так йде наука".
І ми сьогодні дізналися, що жодних налаштувань не потрібно, принаймні на даний момент: спостереження E87 M87 відповідають загальній відносності, зазначили члени команди. А саме, горизонт подій майже круговий і є «правильним» розміром для чорної діри цієї величезної маси.
"Маю визнати, я був трохи приголомшений тим, що він настільки збігався з прогнозами, які ми зробили", - заявив під час сьогоднішньої прес-конференції член команди ЕХТ Ейвері Бродерік з Університету Ватерлоо та Інтернету Інституту теоретичної фізики в Канаді. .
Звичайно, така ґрунтовка є життєво важливою для наукового процесу. Дійсно, надання кращої інформації для подання теорій та моделювання, ймовірно, буде одним із найбільших внесків EHT, сказав Лоб.
"Заняття фізикою - це діалог з природою", - сказав він. "Ми тестуємо наші ідеї, порівнюючи їх з експериментами; експериментальні дані мають вирішальне значення".
Нові результати також повинні допомогти вченим краще впоратися з чорними дірами, зазначив він та інші дослідники. Наприклад, зображення EHT, ймовірно, просвічуватимуть значне світло на те, як газові спіралі опускаються в чорну діру. Цей процес екскреції, який може призвести до генерації потужних струменів випромінювання, недостатньо вивчений, зазначив Лоб.
Крім того, форма горизонту подій може виявити, чи крутиться чорна діра, - сказала Фіона Харрісон з Каліфорнійського технологічного інституту, головний дослідник дослідження чорної діри НАСА Ядерний спектроскопічний масив телескопа (NuSTAR) місія.
"Ми опосередкували висновок про чорні діри", - заявив для Space.com Гаррісон, який не входить до команди EHT. Образи EHT надають "прямий тест, що дуже хвилює", - додала вона.
Дані EHT показали, що чорна діра M87 крутиться за годинниковою стрілкою, заявили сьогодні члени команди.
Проект також повинен показати, як матерія розподіляється навколо чорної діри, і спостереження EHT можуть врешті-решт навчити астрономів про те, як надмасивні чорні діри формують еволюцію галактик їх господарів протягом тривалих масштабів часу, сказав Гаррісон.
Результати EHT також добре узгоджуються з результатами Обсерваторія гравітаційно-хвильового лазерного інтерферометра (LIGO), який виявив пульсацію простору та часу, породжену злиттями за участю чорних дір лише у кілька десятків разів масивніших, ніж сонце.
"Незважаючи на те, що варіюється в масовому коефіцієнті, всі відомі чорні діри узгоджуються з одним описом", - сказав сьогодні Бродерік. "Великі і малі чорні діри є аналогом важливих способів. Те, що ми дізнаємося від одного [типу], обов'язково стосується іншого."
І якщо вам цікаво про Стрільця A *: Команда EHT сподівається незабаром отримати знімки цієї надмасивної чорної діри, сказав сьогодні Доулман. Дослідники спочатку подивилися на M87, і це трохи легше вирішити, ніж Стрілець А *, оскільки він менш мінливий за короткі часові шкали, пояснив він.
Нова перспектива?
Тоді є більш широке звернення до нещодавно випущених образів - як це говорить тим із нас, хто не астрофізики.
Внесок на цю арену міг бути вагомим, наголосили члени команди EHT та науковці поза межами. Фотографії можуть змінити те, як ми думаємо про себе та своє місце у Всесвіті, - зазначила Марроне, посилаючись на знамениту фотографію "Восход Землі", зроблену астронавтом Аполлона 8 Біллом Андерсом у грудні 1968 року. Це зображення, яке дало масам уявити про нашу планету як це насправді - самотній форпост життя в нескінченному морі темряви - широко приписується тим, що допомагає стимулювати екологічний рух.
Бачити чорну діру в реальному житті - або її силует у будь-якому випадку - "це наукова фантастика", - сказав Гаррісон. І ми побачили лише кілька перших фотографій проекту. Вона додала: "Вони лише покращаться".
- Астрономи вперше заглядають у чорну дірку за допомогою телескопа "Горизонт події"
- Ця величезна чорна діра крутиться на половині швидкості світла!
- 8 Загадкові астрономічні таємниці
Книга Майка Уолла про пошук чужорідного життя "Там"(Grand Central Publishing, 2018; проілюстровано за Карл Тейт), зараз немає. Слідкуйте за ним у Twitter @michaeldwall. Слідкуйте за нами у Twitter @Spacedotcom або Facebook.
