eso1907ru — Научный релиз

Астрономы впервые получили изображение черной дыры

ESO, ALMA и APEX участвовали в поворотных в истории астрономии наблюдениях гигантской черной дыры в центре галактики Мессье 87

10 апреля 2019 г., St.-Petersburg

Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — антенная решетка планетарного масштаба из восьми наземных радиотелескопов, объединенных в международную коллаборацию – был создан для получения изображений черных дыр. Сегодня на скоординированных пресс-конференциях, которые проводятся по всему миру, исследователи EHT представляют результаты своей работы: первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени.

Этот революционный результат сегодня был представлен в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters. Получено изображение черной дыры в центре Messier 87 [1], массивной галактики в близлежащем скоплении галактик в Деве. Эта черная дыра массой в 6.5 миллиардов солнечных масс находится от нас на расстоянии 55 миллионов световых лет [2].

Решетка EHT объединяет в одно целое радиотелескопы, находящиеся в разных точках Земли, образуя уникальный виртуальный телескоп размером с земной шар [3]. EHT открывает перед учеными новый путь изучения самых необычных объектов Вселенной, предсказываемых эйнштейновской общей теорией относительности. И происходит это в год столетия исторического эксперимента, который впервые подтвердил эту теорию [4].

"Мы получили первый снимок черной дыры", -- сказал руководитель проекта EHT Шепард Дэлимен (Sheperd S.Doeleman) из Гарвардского Смитсонианского астрофизического центра. "Это научное достижение чрезвычайной важности, которое увенчало усилия коллектива из более 200 исследователей".

Черные дыры – необычные космические объекты, имеющие гигантские массы и исключительно компактные размеры. Эти объекты оказывают очень сильное влияние на свои окрестности, деформируя пространство-время и нагревая окружающее их вещество до экстремальных температур.

"Когда черная дыра погружена в яркий диск светящегося газа, там должна образоваться темная область, напоминающая тень. Это явление, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна, никогда раньше не наблюдалось", -- объясняет глава Научного совета EHT Хейно Фальке (Heino Falcke) из университета Рэдбуд в Нидерландах. "Эта «тень», образующаяся вследствие гравитационного искривления света и его захвата горизонтом событий, многое говорит о природе этих удивительных объектов. Именно она и позволила нам измерить гигантскую массу черной дыры в M87."

Применение целого ряда методов калибровки и построения изображений выявило кольцеобразную структуру с темной центральной областью — «тенью» черной дыры — которая воспроизводилась в многочисленных независимых наблюдениях на EHT.

"Когда мы уверенно убедились, что мы действительно получили изображение тени, мы сравнили наши результаты с обширной коллекцией компьютерных моделей, отражающих физические особенности искривленного пространства, нагретого до сверхвысоких температур вещества и сильных магнитных полей. Многие свойства полученного изображения неожиданно хорошо соответствуют нашим теоретическим представлениям”, -- отмечает Пол Хо (Paul T.P. Ho), член Научного Комитета EHT, директор Восточно-Азиатской обсерватории[5]. “Это дает нам уверенность в правильности интерпретации наших наблюдений, в том числе наших оценок массы черной дыры".

"Несоответствие тории и наблюдений всегда драматический момент для теоретика. Было большим облегчением и поводом для гордости осознать, что на этот раз наблюдения так хорошо соответствуют ашим предсказаниям", -- добавляет член Научного Комитета EHT Лучиано Реззолла (Luciano Rezzolla) из университета Гёте в Германии. 

Создание EHT было технической задачей величайшей сложности, решение которой потребовало создания и отладки всемирной сети из восьми уже существовавших радиотелескопов, установленных в труднодоступных высокогорных местностях: на вершинах вулканов на Гавайских островах и в Мексике, в горах Аризоны в США и Сьерра Невады в Испании, в чилийской высокогорной пустыне Атакама и в Антарктике.

Наблюдения на EHT основывались на применении методики интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI), которая предполагает синхронизацию всех телескопов всемирной сети и использует вращение нашей планеты для образования единого гигантского глобального телескопа, работающего на волне 1.3 мм. Метод VLBI позволил EHT достичь углового разрешения в 20 микросекунд дуги, что соответствует способности читать нью-йоркскую газету из парижского кафе [6].

Выдающийся результат был получен решеткой, состоящей из следующих телескопов: ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, телескоп Джеймса Клерка Максвелла, Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано, Субмиллиметровая решетка, Субмиллиметровый телескоп и телескоп на Южном полюсе [7]. Петабайты полученных этими телескопами наблюдательных данных были суммированы высокоспециализированными суперкомпьютерами, установленными в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хэйстек (MIT).

В этой общемировой кооперации важнейшая роль принадлежала европейскому оборудованию и финансированию: использованию современных европейских телескопов и поддержке со стороны Европейского совета по научным исследованиям—в частности, предоставленному им гранту в €14 миллионов проекту BlackHoleCam [8]. Ключевую роль сыграла и поддержка со стороны ESO, IRAM и Общества Макса Планка. "Этот результат базируется на десятилетиях европейских исследований в области астрономии миллиметровых волн”, -- комментирует Карл Шустер (Karl Schuster), директор IRAM и член Комитета EHT.

Создание EHT и наблюдения, результаты которых демонстрируются сегодня, являются кульминацией продолжавшихся в течение десятилетий наблюдательных, технических и теоретических работ. Это пример глобальной кооперации, которая потребовала тесной совместной работы исследователей всего мира. Чтобы создать EHT из уже существовавших прежде инфраструктур, потребовались объединенные усилия тринадцати институтов-партнеров и поддержка множества агентств. Основное финансирование было обеспечено Национальным фондом научных исследований США (NSF), Европейским советом по научным исследованиям ЕС (ERC) и финансовыми организациями Восточной Азии.

ESO гордится своим значительным вкладом в полученный результат: этот вклад обусловлен лидирующим положением ESO в европейской науке и тем, что ESO принадлежат два компонента решетки EHT, находящихся в Чили—ALMA и APEX”, -- говорит Генеральный директор ESO Хавьер Барконс (Xavier Barcons). “ALMA – наиболее чувствительный элемент EHT и ее 66 высокоточных антенн сыграли ключевую роль в достижении успеха EHT”.

"Мы достигли результата, который еще поколение назад считался недостижимым", -- заключает Дэлимен. "Объединение прорывных технологий, кооперации крупнейших радиоастрономических обсерваторий мира и новых алгоритмов привело к открытию совершенно нового наблюдательного окна, которое позволяет изучать черные дыры и горизонт событий.

Примечания

[1] Тень черной дыры – это наибольшее возможное приближение к изображению самой черной дыры, полностью темного объекта, который не выпускает из себя свет. Граница черной дыры—«горизонт событий» (этому термину EHT и обязан своим названием) примерно в 2.5 раза меньше тени, которую он отбрасывает, и в данном случае составляет в поперечнике немного меньше 40 миллиардов километров.

[2] Сверхмассивные черные дыры являются сравнительно маленькими астрономическими объектами—что до сих пор и делало невозможными их прямые наблюдения. Так как размеры горизонта событий черной дыры пропорциональны ее массе, то чем массивнее черная дыра, тем больше ее тень. Благодаря своей огромной массе и относительной близости к Земле черная дыра в центре галактики M87, как это и предсказывалось, является для земного наблюдателя одной из крупнейших по своим угловым размерам, что и сделало ее идеальной мишенью для EHT.

[3] Хотя телескопы решетки не связаны друг с другом физически, получаемые ими наблюдательные данные можно точно синхронизировать при помощи атомных часов—водородных мазеров. Во время глобальной наблюдательной кампании 2017 года такие синхронные наблюдения были выполнены на длине волны 1.3 мм. Каждый телескоп EHT в ходе кампании получал громадное количество данных: 350 терабайт в день. Эти данные записывались на высокопроизводительные жесткие диски, наполненные гелием, а затем отсылались на высокоспециализированные суперкомпьютеры—так называемые корреляторы—в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хэйстек (MIT) для суммирования. Эти данные после сложнейших процедур обработки с использованием новейших вычислительных методов, разработанных участниками коллаборации, преобразовывались в изображения.

[4] 100 лет назад на о.Принсипи неподалеку от Африканского побережья и в Собраль в Бразилии были направлены две экспедиции с целью наблюдений солнечного затмения 1919 года и проверки на основе этих наблюдений общей теории относительности: будет ли свет звезд искривляться вокруг солнечного лимба, как это предсказывал Эйнштейн. Спустя сто лет участники группы EHT отправились на некоторые из установленных на самой большой высоте и изолированных от внешнего мира радиотелескопов, чтобы еще раз протестировать правильность нашего понимания законов гравитации.

[5] Деятельность Восточно-Азиатской обсерватории (EAO), партнера проекта EHT, распространяется на многие регионы Азии, в том числе Китай, Японию, Корею, Тайвань, Вьетнам, Таиланд, Малайзию, Индию и Индонезию.

[6] Будущие наблюдения на EHT будут выполнены с существенно более высокой чувствительностью: к сети присоединятся обсерватория IRAM NOEMA, Гренландский телескоп и телескоп обсерватории Китт Пик.

[7] ALMA – результат партнерства Европейской южной обсерватории (ESO), Национального научно-исследовательского фонда США (NSF) и Национальных институтов естественных наук (NINS) Японии, при участии Национального научно-исследовательского совета (Канада), Министерства науки и техники (MOST) Тайваня, Института астрономии и астрофизики Academia Sinica (ASIAA) Тайваня и Корейского института астрономии и космических исследований (KASI) Республики Корея, в кооперации с Республикой Чили. APEX эксплуатируется ESO, 30-метровый телескоп принадлежит IRAM (партнерами IRAM являются MPG в Германии, CNRS во Франции и IGN в Испании), телескоп Джеймса Клерка Максвелла эксплуатируется EAO, Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано -- INAOE и UMass, Субмиллиметровая решетка -- SAO и ASIAA, Субмиллиметровый телескоп – Аризонская радиоастрономическая обсерватория (ARO). Телескоп на Южном полюсе принадлежит Чикагскому университету; специализированное оборудование для EHT обеспечил Аризонский университет.

[8] BlackHoleCam – финансируемый ЕС проект, направленных на получение изображений, измерение и понимание астрофизических черных дыр. Главной целью BlackHoleCam и Телескопа горизонта событий (EHT) – получить первые в истории изображения черной дыры с массой в миллиард солнечных масс в близлежащей галактике M87 и менее массивного объекта Стрелец A*, сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути, нашей Галактики. Эти наблюдения позволяют с высокой точностью определить искажения пространства-времени, вызванные черной дырой.

 

Узнать больше

Результаты исследования представлены в серии из шести статей, публикуемых сегодня в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters.

В коллаборации EHT участвуют более 200 исследователей из Африки, Азии, Европы, Северной и Южной Америки. Эта международная коллаборация ставит своей целью получение наиболее детальных изображений черных дыр путем создания виртуального телескопа размером с земной шар. При значительной международной финансовой поддержке EHT объединяет существующие радиотелескопы, создавая тем самым принципиально новый инструмент, обладающий более высоким угловым разрешением, чем достигнутое когда-либо ранее.

Индивидуальные телескопы, участвующие в проекте: ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, обсерватория IRAM NOEMA, Телескоп Джеймса Клерка Максвелла JCMT, Большой миллиметровый телескоп LMT, Субмиллиметровая решетка SMA, Субмиллиметровый телескоп SMT, телескоп на Южном полюсе SPT, телескоп обсерватории Китт Пик и Гренландский телескоп GLT.

Консорциум EHT состоит из 13 основных институтов-партнеров: Института астрономии и астрофизики Академии наук Тайваня Academia Sinica, Аризонского университета, Чикагского университета, Восточно-Азиатской обсерватории, университета Гёте во Франкфурте, Института миллиметровой радиоастрономии, Большого миллиметрового телескопа, Института радиоастрономии Макса Планка, обсерватории Хэйстек MIT, Национальной астрономической обсерватории Японии, Института периметра теоретической физики, университета Рэдбуд и Смитсонианской астрофизической обсерватории.  

Европейская Южная Обсерватория (ESO, European Southern Observatory) -- ведущая межгосударственная астрономическая организация Европы, намного обгоняющая по продуктивности другие наземные астрономические обсерватории мира. В ее работе участвуют 16 стран: Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Нидерланды, Польша, Португалия, Финляндия, Франция, Чешская Республика, Швейцария и Швеция, а также Чили, предоставившая свою территорию для размещения обсерваторий ESO, и Австралия, являющаяся ее стратегическим партнером. ESO проводит в жизнь масштабную программу проектирования, строительства и эксплуатации мощных наземных наблюдательных инструментов, позволяющих астрономам выполнять важнейшие научные исследования. ESO также играет ведущую роль в организации и поддержке международного сотрудничества в области астрономии. ESO располагает тремя уникальными наблюдательными пунктами мирового класса, находящимися в Чили: Ла Силья, Параналь и Чахнантор. В обсерватории Параналь установлен Очень Большой Телескоп ESO (The Very Large Telescope, VLT), способный работать в формате Очень Большого Телескопа-Интерферометра VLTI, и два крупнейших широкоугольных телескопа: VISTA, выполняющий обзоры неба в инфракрасных лучах, и обзорный телескоп оптического диапазона VLT (VLT Survey Telescope). ESO также является одним из основных партнеров по эксплуатации двух инструментов субмиллиметрового диапазона на плато Чахнантор: телескопа APEX и крупнейшего астрономического проекта современности ALMA. На Серро Армазонес, недалеко от Параналя, ESO ведет строительство 39-метрового Чрезвычайно Большого Телескопа ELT, который станет «величайшим оком человечества, устремленным в небо».

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +79112122130
Сотовый: +79112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Heino Falcke
Chair of the EHT Science Council, Radboud University
The Netherlands
Телефон: +31 24 3652020
Email: h.falcke@astro.ru.nl

Luciano Rezzolla
EHT Board Member, Goethe Universität
Germany
Телефон: +49 69 79847871
Email: rezzolla@itp.uni-frankfurt.de

Eduardo Ros
EHT Board Secretary, Max-Planck-Institut für Radioastronomie
Germany
Телефон: +49 22 8525125
Email: ros@mpifr.de

Calum Turner
ESO Public Information Officer
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Email: pio@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso1907.

О релизе

Релиз №:eso1907ru
Название:M87*, Messier 87
Тип:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment, Event Horizon Telescope

Изображения

Первое изображение черной дыры
Первое изображение черной дыры
Фото галактики Мессье 87, полученное с Очень Большим Телескопом ESO
Фото галактики Мессье 87, полученное с Очень Большим Телескопом ESO
Черная дыра в сердце галактики M87: взгляд художника
Черная дыра в сердце галактики M87: взгляд художника
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Анатомия черной дыры
Анатомия черной дыры
Модельное изображение аккрецирующей черной дыры
Модельное изображение аккрецирующей черной дыры
EHT, антенная решетка планетарного масштаба
EHT, антенная решетка планетарного масштаба
Галактика Messier 87 в созвездии Девы
Галактика Messier 87 в созвездии Девы
Гало галактики Messier 87
Гало галактики Messier 87
Окрестности черной дыры: взгляд художника
Окрестности черной дыры: взгляд художника
Пути фотонов вокруг черной дыры
Пути фотонов вокруг черной дыры
Принципы интерферометрии
Принципы интерферометрии
Местоположение телескопов EHT
Местоположение телескопов EHT
In the Shadow of the Black Hole
In the Shadow of the Black Hole
только на английском
In the Shadow of the Black Hole (Landscape Poster)
In the Shadow of the Black Hole (Landscape Poster)
только на английском
In the Shadow of the Black Hole (Portrait Poster)
In the Shadow of the Black Hole (Portrait Poster)
только на английском
ALMA & APEX's Crucial Contribution to the EHT
ALMA & APEX's Crucial Contribution to the EHT
только на английском

Видео

В тени черной дыры
В тени черной дыры
ESOcast 199 Light: Астрономы получили первое изображение черной дыры
ESOcast 199 Light: Астрономы получили первое изображение черной дыры
«Полет» к центру галактики Messier 87
«Полет» к центру галактики Messier 87
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры
Черная дыра в центре галактики М87: взгляд художника
Черная дыра в центре галактики М87: взгляд художника
Черная дыра в центре галактики М87: взгляд художника
Черная дыра в центре галактики М87: взгляд художника
EHT, антенная решетка планетарного масштаба
EHT, антенная решетка планетарного масштаба
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры (полнокупольный формат)
Компьютерная модель сверхмассивной черной дыры (полнокупольный формат)
Европейская инфраструктура Телескопа горизонта событий
Европейская инфраструктура Телескопа горизонта событий
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: интервью (часть 1).
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: интервью (часть 1).
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: интервью (часть 2).
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: интервью (часть 2).
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: ученые и техника
Коллаборация Телескопа горизонта событий, закадровые съемки: ученые и техника
Исследования окрестностей черной дыры
Исследования окрестностей черной дыры
Магнитогидродинамическое моделирование черной дыры
Магнитогидродинамическое моделирование черной дыры

Также смотрите наши