eso2105ru — Научный релиз

Астрономы «увидели» магнитные поля по краям черной дыры в M87

24 марта 2021 г.

Коллаборация «Телескоп Горизонта Событий» (EHT), впервые в истории сфотографировавшая чёрную дыру, сегодня опубликовала новое изображение этого сверхмассивного объекта в центре галактики Messier 87 (M87) в поляризованных лучах. Впервые астрономам удалось измерить поляризацию, свидетельство существования магнитных полей, на столь близком расстоянии от края черной дыры. Эти наблюдения являются ключевыми для объяснения механизма образования высокоэнергетических джетов – струйных выбросов из ядра галактики M87, расположенной на расстоянии в 55 миллионов световых лет от Земли.

Теперь в наших руках очередной наблюдательный факт критической важности, который позволяет понять, как ведут себя магнитные поля вокруг чёрных дыр и как активные процессы в этих сверхкомпактных областях пространства могут порождать мощные джеты, простирающиеся далеко за пределы галактики”, — говорит Моника Мочибродска (Monika Mościbrodzka), координатор Рабочей группы EHT по поляриметрии и профессор Радбаудского университета в Нидерландах.

10 апреля 2019 года учёные опубликовали первое в истории изображение чёрной дыры – яркую кольцеобразную структуру с темной центральной областью, тенью чёрной дыры. С тех пор участники Коллаборации EHT продолжали углубленный анализ полученных в 2017 г. данных наблюдений сверхмассивного объекта в сердце галактики M87. Они обнаружили, что значительная часть излучения из окрестности чёрной дыры в ядре M87 поляризована.

Эта работа открывает новый этап исследований: поляризация излучения несёт информацию, которая позволяет нам лучше понять физические параметры объекта, сфотографированного в апреле 2019 года, и которая прежде была недоступна”, — объясняет Иван Марти-Видаль (Iván Martí-Vidal), еще один координатор Рабочей группы EHT по поляриметрии, заслуженный исследователь программы GenT из университета Валенсии в Испании. Он добавляет, что “из-за сложности получения и анализа наблюдательных данных публикация этого нового изображения в поляризованных лучах потребовала нескольких лет напряженной работы”.

Свет поляризуется, когда проходит сквозь определенные фильтры, например, через стекла поляризационных солнцезащитных очков, или когда излучается разогретыми до высоких температур областями космического пространства, в которых присутствуют магнитные поля. И точно так же, как поляризационные очки помогают нам видеть лучше, понижая отражение и подавляя блики, возникающие на ярких поверхностях, наблюдения с помощью поляризационных приёмников позволяют астрономам получать более четкие изображения областей в окрестностях черной дыры, анализировать механизмы поляризации в этих областях. В частности, наблюдая поляризацию, астрономы могут составлять карты распределения силовых линий магнитного поля на внутреннем крае черной дыры. 

Публикуемые сейчас новые изображения в поляризованном излучении дают ключ к пониманию того, как магнитное поле позволяет черной дыре поглощать вещество и испускать мощные джеты”, — говорит член Коллаборации EHT Эндрю Шэль (Andrew Chael), стипендиат программы NASA Hubble из Принстонского Центра теоретической науки и Принстонской инициативной группы по гравитации (Princeton Gravity Initiative), США.

Яркие джеты – струи энергии и вещества, истекающие из ядра галактики M87 и простирающиеся как минимум на 5000 световых лет от центра галактики – одна из наиболее загадочных и в то же время поразительных по масштабам энерговыделения особенностей этой галактики. Большая часть вещества, которое находится вблизи границы черной дыры, попадает внутрь неё. Однако, некоторые частицы всё же избегают поглощения чёрной дырой и выбрасываются далеко в пространство в форме джетов. 

Для описания поведения вещества в окрестности черной дыры астрономы построили множество различных моделей. Однако они так и не могут до конца понять, каким образом из расположенной в центре галактики области, сравнимой по размерам с Солнечной системой, могут истекать джеты, размеры которых превосходят размеры всей галактики. Непонятно до сих пор и то, как именно происходит падение вещества в чёрную дыру. Полученное Коллаборацией EHT новое изображение чёрной дыры и её тени в поляризованном излучении впервые позволяет астрономам заглянуть в область, непосредственно примыкающую к чёрной дыре, где и происходят сложные взаимодействия между веществом, втекающим в дыру и выбрасываемым наружу. 

Наблюдения дают новую информацию о структуре магнитных полей в непосредственной окрестности черной дыры. Исследователи убедились в том, что только теоретические модели, в которых предполагается присутствие сильно намагниченного газа, могут объяснить картину, наблюдаемую ими вблизи горизонта событий. 

Наблюдения свидетельствуют о том, что магнитные поля на краю чёрной дыры достаточно сильны, чтобы отталкивать горячий газ и помогать ему сопротивляться мощному гравитационному притяжению. Та часть газа, которой удаётся проскользнуть через «магнитное заграждение» образует спиральный поток, устремляющийся к горизонту событий”, — объясняет Джейсон Декстер (Jason Dexter), доцент университета в Боулдере, штат Колорадо, США, координатор Рабочей группы теоретиков Коллаборации EHT. 

Для наблюдений галактики M87 Коллаборация объединила в одно целое восемь телескопов, расположенных по всему миру — включая находящуюся в Чили Атакамскую Большую миллиметровую / субмиллиметровую антенную решетку ALMA и телескоп APEX (Atacama Pathfinder EXperiment), которые Европейская Южная обсерватория (ESO) эксплуатирует на партнёрских началах — чтобы создать EHT, виртуальный телескоп размером с Землю. Фантастически высокое разрешение, достигнутое с EHT, эквивалентно разрешению, при котором с Земли можно измерить стороны кредитной карточки, лежащей на поверхности Луны.

Использование телескопов ALMA и APEX, которые, благодаря их размещению в южном полушарии, позволили резко улучшить качество изображения, увеличив географические размеры сети EHT, сделало роль европейских учёных в этом исследовательском проекте ключевой”, — говорит Франциска Кемпер (Francisca Kemper), научный руководитель Программы ALMA от Европы в ESO. “Решетка ALMA со своими 66 антеннами внесла основной вклад в общий сигнал, собранный всеми инструментами EHT в поляризованном свете, а телескоп APEX сыграл основную роль в калибровке изображения.”

"Данные, собранные ALMA, оказались также критически важными для калибровки, визуализации и интерпретации наблюдений EHT, накладывая жесткие ограничения на теоретические модели, которые объясняют поведение вещества вблизи горизонта событий черной дыры”, —добавляет Чириако Годди (Ciriaco Goddi), научный сотрудник Радбаудского университета и Лейденской обсерватории в Нидерландах, руководитель сопутствующего исследования, основанного только на наблюдениях с ALMA.

В рамках проекта EHT оказалось возможным прямо наблюдать тень черной дыры и световое кольцо вокруг неё, причём новое изображение в поляризованном свете ясно показало, присутствие в этом кольце магнитного поля. Результаты нового исследования сегодня публикуются Коллаборацией EHT в двух отдельных статьях в The Astrophysical Journal Letters. В исследовании участвовало более 300 специалистов из различных организаций и университетов по всему миру. 

"Проект EHT быстро развивается: в сети телескопов происходят технические усовершенствования, к ней добавляются новые обсерватории. Мы ожидаем, что будущие наблюдения на EHT позволят точнее установить структуру магнитного поля вокруг черной дыры и больше расскажут нам о физических процессах в горячем газе, находящемся в этой области”, — заключает член Коллаборации EHT Чжун-Хо Пак (Jongho Park), стипендиат Ассоциации основных обсерваторий Восточной Азии (East Asian Core Observatories Association Fellow), сотрудник Института астрономии и астрофизики Академии наук Тайваня (Academia Sinica) в Тайбее. 

Узнать больше

Результаты исследования представлены в двух статьях Коллаборации EHT, публикуемых сегодня в The Astrophysical Journal Letters: "First M87 Event Horizon Telescope Results VII: Polarization of the Ring" и "First M87 Event Horizon Telescope Results VIII: Magnetic Field Structure Near The Event Horizon". Сопутствующее исследование представлено в статье "Polarimetric properties of Event Horizon Telescope targets from ALMA", Goddi, Martí-Vidal, Messias, и Коллаборация EHT, принятом к публикации в The Astrophysical Journal Letters.

В Коллаборацию EHT входит более 300 исследователей из Африки, Азии, Европы, Северной и Южной Америки. Цель работы этой международной коллаборации – получить максимально детализированные изображения черной дыры путём создания виртуального телескопа размером с Землю. При поддержке значительного международного финансирования проект EHT, используя новейшие технические достижения, объединяет существующие телескопы в принципиально новый инструмент с самым высоким в истории астрономии угловым разрешением.

Индивидуальные телескопы, объединенные в рамках проекта: ALMA, APEX, 30-метровый телескоп Института радиоастрономии миллиметрового диапазона (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 Китт Пик и Гренландский телескоп (GLT).

В Консорциум EHT входят 13 институтов: Институт астрономии и астрофизики Академии наук Тайваня (Academia Sinica), Аризонский университет, Чикагский университет, Восточноазиатская обсерватория, университет Гёте во Франкфурте, Институт радиоастрономии миллиметрового диапазона, Большой миллиметровый телескоп, Институт радиоастрономии Макса Планка, обсерватория Хэйстек MIT, Национальная астрономическая обсерватория Японии, Периметр-Институт теоретической физики, Радбаудский университет и Смитсонианская астрофизическая обсерватория.  

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). Кроме того, на Паранале ESO на правах партнера предоставила место для установки Южной Решетки черенковских телескопов (Cherenkov Telescope Array South), крупнейшей в мире и рекордной по чувствительности гамма-обсерватории. 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».

Большая Атакамская миллиметровая / субмиллиметровая решетка ALMA (The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) – международный астрономический инструмент, совместный проект ESO, Национального научного фонда США NSF (U.S. National Science Foundation) и Национального института естественных наук Японии NINS (National Institutes of Natural Sciences) в кооперации с Республикой Чили. ALMA финансируется ESO (представляющей объединенные интересы своих стран-участниц), фондом NSF совместно с Национальным советом по научным исследованиям Канады NRC (National Research Council) и Национальным советом по науке Тайваня NSC (National Science Council), а также NINS в кооперации с тайваньской Academia Sinica (AS) и Корейским институтом астрономии и космических исследований KASI (Korea Astronomy and Space Science Institute). Строительство и эксплуатация телескопа ALMA осуществляются ESO, представляющей интересы своих стран-участниц, Национальной радиоастрономической обсерваторией США NRAO (National Radio Astronomy Observatory), управляемой компанией Associated Universities, Inc. (AUI), представляющей Северную Америку, и Национальной астрономической обсерваторией Японии NAOJ (National Astronomical Observatory of Japan), представляющей Восточную Азию. Общее управление строительством, тестированием и эксплуатацией ALMA осуществляется в рамках JAO: Объединенной обсерватории ALMA (Joint ALMA Observatory).

Исследовательская группа The BlackHoleCam в 2013 г. выиграла грант программы Synergy Европейского совета по научным исследованиям на €14 миллионов евро. Научные руководители группы: Эйно Фальке (Heino Falcke), Лучиано Реззолла (Luciano Rezzolla) и Майкл Крамер (Michael Kramer); партнеры группы – JIVE, IRAM, MPE (Гархинг), IRA/INAF (Болонья), SKA и ESO. BlackHoleCam входит в Коллаборацию Телескопа горизонта событий.

Ссылки

Контакты

Kirill Maslennikov
Pulkovo Observatory
St.-Petersburg, Russia
Телефон: +7-9112122130
Сотовый: +7-9112122130
Email: kirill.maslennikov1@gmail.com

Monika Mościbrodzka
Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Телефон: +31-24-36-52485
Email: m.moscibrodzka@astro.ru.nl

Ivan Martí Vidal
Universitat de València
Burjassot, València, Spain
Телефон: +34 963 543 078
Email: i.marti-vidal@uv.es

Ciska Kemper
European Southern Observatory
Garching bei München, Germany
Телефон: +49(0)89-3200-6447
Email: Francisca.Kemper@eso.org

Andrew Chael
Princeton University Center for Theoretical Science
Princeton, New Jersey, USA
Email: achael@princeton.edu

Jason Dexter
University of Colorado Boulder
Boulder, Colorado, USA
Телефон: +1 303-492-7836
Email: jason.dexter@colorado.edu

Jongho Park
Academia Sinica, Institute of Astronomy and Astrophysics
Taipei
Телефон: +886-2-2366-5462
Email: jpark@asiaa.sinica.edu.tw

Ciriaco Goddi
Radboud University and Leiden Observatory
Nijmegen and Leiden, The Netherlands
Email: c.goddi@astro.ru.nl

Sara Issaoun
EHT collaboration member at Radboud Universiteit
Nijmegen, The Netherlands
Телефон: +31 (0)6 84526627
Email: s.issaoun@astro.ru.nl

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, Joint Institute for VLBI ERIC
Dwingeloo, The Netherlands
Телефон: +31-521-596515
Сотовый: +31-62120 1419
Email: langevelde@jive.eu

Geoffrey C. Bower
EHT Project Scientist, Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics
Hilo, HI, USA
Сотовый: +1 (510) 847-1722
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Телефон: +49 89 3200 6670
Сотовый: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

Connect with ESO on social media

Перевод пресс-релиза ESO eso2105.

О релизе

Релиз №:eso2105ru
Название:Messier 87
Тип:Local Universe : Galaxy : Component : Central Black Hole
Facility:Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, Atacama Pathfinder Experiment
Science data:2021ApJ...910L..14G

Изображения

Фото сверхмассивной черной дыры в M87 в поляризованных лучах
Фото сверхмассивной черной дыры в M87 в поляризованных лучах
Сверхмассивная черная дыра и джет в M87 в поляризованных лучах
Сверхмассивная черная дыра и джет в M87 в поляризованных лучах
Изображение джета и сверхмассивной черной дыры в M87 в видимых и поляризованных лучах
Изображение джета и сверхмассивной черной дыры в M87 в видимых и поляризованных лучах
Полученное на ALMA изображение джета M87 в поляризованном свете
Полученное на ALMA изображение джета M87 в поляризованном свете
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
Галактика Messier 87 в созвездии Девы
Галактика Messier 87 в созвездии Девы
ALMA и APEX: ключевой вклад в EHT
ALMA и APEX: ключевой вклад в EHT

Видео

ESOcast 235 Light: Астрономы «увидели» магнитные поля на краю чёрной дыры
ESOcast 235 Light: Астрономы «увидели» магнитные поля на краю чёрной дыры
«Полёт» к центру галактики M87 и новый вид её черной дыры
«Полёт» к центру галактики M87 и новый вид её черной дыры