Как выглядит черная дыра в космосе фото


10 апреля мир впервые увидел черную дыру на фотографии. Этот сверхмассивный объект находится на расстоянии 53 миллионов световых лет от Земли и выглядит как темный круг с оранжевым ореолом. Несмотря на то что многие знают, на что похожа черная дыра, до этого все ее изображения были реконструкциями, основанными на решениях уравнений Эйнштейна. Теперь же ученые уверены: черные дыры действительно выглядят так, как их представляли. «Лента.ру» рассказывает, как был сделан снимок и что это значит для науки.

Черная дыра, названная гавайским именем Поэхи (Powehi) — «украшенное темным источником бездонное творение», — находится так далеко от Земли, что разглядеть ее в деталях с помощью одного радиотелескопа невозможно. Как и другие черные дыры, она представляет собой объект огромной плотности (если рассматривать ее центральную точку, а не весь объем сферы Шварцшильда) и обладает настолько мощной гравитацией, что сворачивает вокруг себя пространственно-временной континуум. Искривление настолько велико, что образуется область, из которой наружу не ведет ни одна из возможных траекторий. Граница этой области называется горизонтом событий, и все, что проникает за него (включая видимый свет и другие электромагнитные волны), обратно вернуться уже не может.


В последние десятилетия ученые не сомневались в существовании черных дыр, хотя сама природа этих объектов препятствует непосредственному их наблюдению. Исследователи применяли косвенные методы, в том числе наблюдение за объектами, которые вращаются вокруг пустых областей космоса, или измерение массы и размеров объектов, являющихся источниками интенсивного излучения. Но разглядеть черноту горизонта событий на ярком фоне звезд и газа до сих пор не удавалось никому.

Чтобы сфотографировать черную дыру, необходим телескоп размером с Землю и еще один важный инструмент — алгоритм, который сведет данные в итоговое изображение.


ти Боуман — одна из исследователей, работавших над этим алгоритмом, еще студенткой пыталась научить компьютеры распознавать образы на основе зашумленной информации. Вместе с научным руководителем Биллом Фриманом она разработала метод, позволяющий распознать объекты, «зашифрованные» в полутенях, которые отбрасывают углы зданий. В результате становилось возможным увидеть то, что находилось за этими углами.

Event Horizon Telescope — это объединенная сеть из восьми обсерваторий по всему миру, чьи радиотелескопы синхронизированы по сверхточным атомным часам. Несмотря на то что они работают как один огромный телескоп диаметром 10 тысяч километров, такая система по количеству получаемой информации все-таки значительно уступает воображаемому радиотелескопу с тарелкой аналогичного размера. Это ограничение удается немного преодолеть из-за вращения Земли вокруг своей оси, благодаря чему можно собрать еще немного радиоволн. Основная проблема в том, что итоговое изображение будет все равно сильно зашумленным. Алгоритм Кэти Боуман позволяет убрать шумы и построить приемлемую картину.


Полученную радиотелескопами информацию можно интерпретировать по-разному и сгенерировать таким образом целый «зоопарк» изображений. Однако не следует думать, что исследователи просто притянули результат к своим представлениям о том, как должна выглядеть черная дыра. Существуют строгие ограничения, продиктованные тем, что астрономам известно о космосе. Ученые знают, на что должны быть похожи астрономические объекты и на что они не похожи. Это позволяет отсеять огромное количество вариантов, изображающих то, что не может находиться в центре галактик.

Допустим, мы запускаем симуляцию, в которой генерируется черная дыра в соответствии с предсказаниями теории относительности Эйнштейна, после чего экзотический объект помещается в центр Млечного Пути. В результате моделируются данные, которые в этом случае должен получить Event Horizon Telescope. Если бы черная дыра на самом деле выглядела иначе (или ее вообще не было), данные телескопов были бы совершенно другими и алгоритм Боуман мог бы получить совершенно другие изображения.

Алгоритм, в свою очередь, подобен сборщику пазла. Он анализирует скудные данные, полученные телескопами, и выстраивает на их основе общую картинку, используя фрагменты тысяч введенных в него изображений космических и даже земных объектов. Если из различных наборов изображений получается именно изображение черной дыры (которую мы симулировали), то ученые могут быть уверены, что алгоритм работает правильно.


То есть в какой-то степени реконструированная фотография черной дыры является коллажем из фрагментов различных снимков, даже повседневных. Если бы алгоритм был плохим, результат сильно бы зависел от набора введенных изображений, и вместо черной дыры исследователи получили бы, например, фотографию со свадебной церемонии.

Полученное изображение сверхмассивной черной дыры в галактике М87 соответствует предсказаниям теории относительности Эйнштейна, позволяющей определить массу и диаметр этого экзотического объекта. Размером она превосходит Солнечную систему и достигает 40 миллиардов километров. Кроме того, она содержит массу 6,5 миллиарда Солнц. Однако самое примечательное в той фотографии, ради чего она и была сделана, это темный круг в центре раскрашенного в условные цвета ореола. Это тень черной дыры, которая соответствует горизонту событий.


Саму черную дыру невозможно увидеть, однако ее тень хорошо различима на фоне поглощаемого вещества. На Землю смотрит полюс Поэхи, поэтому астрономы видят раскаленный газ, вращающийся вокруг черной дыры, «сверху». Однако даже если бы черная дыра была видна сбоку, расчеты показывают, что вещество движется по таким траекториям, что тень все равно была бы видна. Интересно, что по форме тени можно определить различные свойства черной дыры (например, является ли она вращающейся) и отличить ее от червоточины (кротовой норы).

Чтобы узнать новые детали о космическом монстре в М87, ученым предстоит подробно изучить фотографию. Кроме того, сейчас исследователи заняты обработкой данных, полученных при наблюдении центра Млечного Пути, где находится черная дыра Sgr A*. Вполне возможно, что скоро будет опубликован более впечатляющий снимок сверхмассивной черной дыры, располагающейся куда ближе Поэхи, «всего лишь» в 25 тысячах световых лет от Земли. Поскольку Млечный Путь намного спокойнее эллиптической и активной М87, то астрономы смогут узнать больше о поведении черных дыр в различной среде.


В будущем астрономы получат еще больше инструментов, которые войдут в сеть Event Horizon Telescope. Так, национальная обсерватория Китт-Пик в штате Аризона (США) и миллиметровая решетка NOEMA во французских Альпах присоединятся к проекту в 2020 году. Это позволит лучше рассмотреть процессы, протекающие в непосредственной близости к черной дыре. К ним относится релятивистская струя, которая выбрасывается из ядра М87 и простирается на пять тысяч световых лет. А использование электромагнитного излучения чуть большей частоты должно несколько повысить четкость новых фотографий.

К сожалению, Россия остается на обочине и не участвует в проекте. По словам Вячеслава Докучаева, ведущего научного сотрудника Института ядерных исследований РАН, у страны нет радиотелескопа миллиметрового диапазона, который можно было бы сделать частью Event Horizon Telescope.

Источник: lenta.ru

Астрономы впервые опубликовали гипотетические изображения черной дыры и сообщили, что, по их представлениям, этот загадочный космический объект должен выглядеть именно так. Однако следует признать, что никто из них никогда не сможет проверить свою теорию на практике.


Читайте также: Учёные представили самое первое изображение чёрной дыры (2019)

Черные дыры в визуальном смысле не оправдывают в полной мере свое название — эти объекты на самом деле невидимы, так как даже свет, попавший в них, не может избежать их гравитационного поля.

Однако ученые полагают, что границы черной дыры, то есть точка невозврата, которая называется горизонт событий, должна быть видимой из-за радиации, излучаемой материалом, который поглощается.

На 221-й встрече Американского Астрономического Общества ученые из Университета Калифорнии в Беркли представили изображение, сделанное с помощью компьютера, сообщив, что именно так должна выглядеть черная дыра:

Как видно на картинке, реальная черная дыра с границами имеет форму полумесяца, а вовсе не бесформенного объекта или просто черного шара, как многие изображали ее ранее.


Окружающая черную дыру среда имеет довольно интересную физику и излучает свечение, сказали астрономы. Технически мы не видим саму черную дыру, но можем представить, как выглядит горизонт событий.

Это изображение не просто догадки астрономов и их богатое воображение. Картинку создали на основе модели, которую ученые используют для интерпретации изображений, созданных с помощью нового оборудования, которое сегодня находится в процессе разработки.

Новый проект под названием Телескоп «Горизонт Событий» будет собирать данные по всемирной сети, полученные радио телескопами из разных уголков света, чтобы затем можно было изобразить объекты, которые являются слишком крошечными, чтобы их можно было увидеть, или вообще не доступны глазу человека.

Новый телескоп уже сделал ряд предварительных измерений и собрал первые данные относительно черной дыры в центре нашей галактики Млечного пути, известной как Стрелец A.

Исследователи проверили полученные данные с помощью разных моделей и пришли к выводу, что черная дыра, вернее, то, что ее окружает, имеет форму полумесяца, а не чего-то другого. Это форма отражает «пончикообразный» диск из материала, который вращается вокруг черной дыры и в одном месте засасывается в нее.

Газ вращается вокруг черной дыры, а сторона, которая направлена в сторону наблюдателей с Земли, будет казаться ярче с силу особых космических процессов. Другая сторона при этом будет более темной. В центре полумесяца находится темный круг, который представляет собой саму черную дыру.


Первые изображения черной дыры Стрельца А, по мнению астрономов, помогут им определить массу этого объекта, который находится в центре нашей галактики, а также проверить некоторые аспекты общей теории относительности, которые остаются под сомнением.

Автор снимка А. Б. Камруддин считает, что получить изображение черной дыры – уже удивительное событие, если учесть, что этого никто никогда не видел.

Многие космические объекты с помощью современной техники можно заснять на фото. Эти снимки и изображения представляют большую ценность для астрономов, которые с их помощью делают многие открытие. Предлагаем вам познакомиться с самыми любопытными снимками, сделанными с помощью телескопов за последние пару десятков лет.

Астрономы опубликовали снимки очень далеких уголков космоса, сделанные с помощью космического телескопа НАСА «Спицер». На снимках изображены очень далекие объекты, в том числе супермассивные черные дыры, вернее не сами дыры, а окружающий их материал.

Яркий «зигзаг» справа — вовсе не работа художника-авангардиста, а подпись супермассивной черной дыры в центре галактики М84, полученная с помощью спектрографа космического телескопа. Эта подпись представляет собой движение газа, пойманного гравитационными силами черной дыры. Слева показано изображение центра галактики, где предположительно «обитает» черная дыра.


Гравитационные силы предполагаемой черной дыры образуют диск, похожий на тарелку для игры во фрисби, который состоит из холодного газа и находится в центре галактики. Позже наблюдения с помощью «Хаббла» подтвердили существование огромных черных дыр, которые поглощают все вокруг, даже свет.

На этом снимке видно звездное скопление G1, крупный шар из света, который состоит из не менее 300 тысяч старых звезд. Этот объект также часто называют скоплением Андромеды, так как оно находится в галактике Андромеда, ближайшей спиральной галактике от Млечного пути.

Гигантская черная дыра может «выпускать» огромные пузыри горячего газа в космическое пространство. По крайней мере, такое странное свойство замечено у черной дыры в центре галактики NGC 4438. Эта галактика относится к группе пекулярных галактик, то есть галактик, имеющих неправильную форму. Она расположена в районе созвездия Девы и находится в 50 миллионах лет от нас. Пузыри на самом деле представляют собой диск из материала, поглощаемого черной дырой.

Этот снимок изображает центральную часть эллиптической галактики М87 с сопутствующей ей струей. Увеличение яркости галактики к центру, что можно заметить на изображении, говорит о том, что звезды сконцентрированы в районе ядра и удерживаются там гравитационным полем массивной черной дыры. Плазменная струя, которую также видно на снимке и источником которой является горячий газовый диск вокруг черной дыры, имеет длину около 5 тысяч световых лет.

Расположенное на расстоянии около 40 тысяч световых лет от Земли в районе созвездия Пегас скопление М15 является одним из 150 известных шаровых звездных скоплений, которые образуют гигантские светящиеся кольца и окружают нашу галактику Млечный путь. Все эти скопления содержат сотни тысяч древних звезд. Если бы мы жили где-то в центре этого скопления, наше небо сияло бы тысячами звезд, которые горели бы и днем, и ночью.

Источник: www.infoniac.ru

Идея черных дыр восходит к 1783 году, когда кембриджский ученый Джон Мичелл осознал, что достаточно массивный объект в достаточно маленьком пространстве может притягивать даже свет, не давая ему вырваться. Спустя более века Карл Шварцшильд нашел точное решение для общей теории относительности Эйнштейна, которое предсказало такой же результат: черную дыру. Как Мичелл, так и Шварцшильд предсказали явную связь между горизонтом событий, или радиусом области, из которой свет не может вырваться, и массой черной дыры.

В течение 103 лет после шварцшильдовского предсказания его не могли проверить. И только 10 апреля 2019 года ученые раскрыли первую в истории фотографию горизонта событий. Теория Эйнштейна снова сработала, как и всегда.

Хотя мы уже знали о черных дырах довольно много всего, еще до появления первого снимка горизонта событий, он многое изменил и прояснил. У нас было много вопросов, на которые теперь есть ответы.

Кстати, вот вам 10 фактов о черных дырах, которые должен знать каждый.

10 апреля 2019 года коллаборация Event Horizon Telescope представила первый успешный снимок горизонта событий черной дыры. Эта черная дыра находится в галактике Messier 87: самой большой и массивной галактике в нашем локальном сверхскоплении галактик. Угловой диаметр горизонта событий составил 42 микро-арк-секунды. Это значит, что для того, чтобы покрыть все небо, нужно 23 квадриллиона черных дыр таких же размеров.

На расстоянии в 55 миллионов световых лет, предполагаемая масса этой черной дыры в 6,5 миллиарда раз превышает солнечную. Физически это соответствует размеру, превышающему размер орбиты Плутона вокруг Солнца. Если бы черной дыры не было, свету понадобилось бы около суток, чтобы пройти через диаметр горизонта событий. И только потому, что:

  • у Телескопа горизонта событий достаточно разрешающей способности, чтобы увидеть эту черную дыру
  • черная дыра сильно излучает радиоволны
  • очень мало радиоволновых излучений на фоне, чтобы помешать сигналу

мы смогли соорудить этот первый снимок. Из которого теперь мы извлекли десять глубоких уроков.

Источник: Hi-News.ru

Факты о черных дырах

Черные дыры, как считается, возникают тогда, когда очень массивная звезда сжигает через свое ядерное топливо и сжимается в невероятно плотную точку или сингулярность.

Когда газ, звезды и другое вещество приближаются к черной дыре, они притягиваются к горизонту событий, воображаемой оболочке вокруг сингулярности. Ничто из того, что пересекает порог горизонта событий, и не может выйти из гравитационного поля черной дыры. И по мере того как материя падает в нее, черная дыра становится более массивной, а горизонт событий расширяется.

Черные дыры существуют в космосе повсеместно. Супермассивные лежат в центре большинства галактик. Однако менее массивные черные дыры распространены гораздо больше. В нашей галактике, вероятно, существует около 100 миллионов черных дыр. Хотя мы идентифицировали пока только несколько десятков.
Что касается Sgr A *, то она удалена примерно на 26 000 световых лет от Земли. И имеет массу в четыре миллиона раз большую, чем у Солнца. По оценкам ученых она не слишком большая. Например сверхмассивная черная дыра, также изучаемая учеными EHT, Messier 87 (M87), находящаяся в центре кластера Девы, имеет массу почти в семь миллиардов раз большую, чем у Солнца.

EHT выбрал для работы Sgr A * и M87, потому что они являются самыми большими сверхмассивными черными дырами, наблюдаемыми с Земли. Это самые простые и доступные кандидаты для анализа.

Как сделать снимок черной дыры, если она черная?

Хороший вопрос. На самом деле черные дыры такие же черные, как окружающее их пространство. Любой свет, который попадает в них, никогда не выходит обратно.

Но вокруг черной дыры есть свет от светящегося вихря перегретого вещества, который падает в черную дыру. Когда этот свет проходит вблизи горизонта событий, он изгибается и искажается притяжением сильной гравитации черной дыры.

Эта гравитационная линза очерчивают темную область, называемую тенью черной дыры. Ожидается, что размер тени должен быть в два с половиной раза больше размера горизонта событий. А размер горизонта событий пропорционален массе черной дыры. Для Sgr A * это около 30 миллионов километров. В случае с M87, другой черной дыры, которую изучает EHT, он в тысячу раз больше.

Поэтому изучая тень черной дыры, исследователи EHT могут понять ее размеры.

Таким образом, технически говоря, ученые EHT не будут создавать изображение черной дыры. Они будут использовать информацию об ее тени, чтобы получить необходимую информацию об этом объекте.

Визуализация черных дыр не является возможной (по крайней мере, сейчас). Поэтому ученые рассматривают использование теневых изображений для получения доказательств их существования.

Сеть телескопов

Sgr A * настолько мала, что у нас нет ни одного телескопа, который может разглядеть ее достаточно подробно. Мы пока не можем создать фотографию подобного объекта с высоким разрешением.

Ученые EHT преодолели эту проблему, объединив семь телескопов, расположенных по всему миру. Они использовали метод, называемый очень длинной базовой интерферометрией (VLBI). Результатом работы стал «виртуальный телескоп» с разрешающей способностью, близкой к диаметру Земли.

В течение недели в апреле 2017 года все семь телескопов EHT регистрировали сигналы от Sgr A *. Семь атомных часов регистрировали время поступления сигналов на каждом телескопе.

Природа сигналов, и то, когда они будут зарегистрированы каждым телескопом, позволит ученым построить изображение Sgr A *. Но это займет некоторое время. Телескопы EHT собрали много данных. Их хватит, чтобы заполнить 10 000 ноутбуков.

Лучи смерти

Ученым особенно интересно получить информацию о массивных струях энергии, которые исходят из черных дыр.

Эти струи образуются, когда вещество вне черной дыры нагревается до миллиардов градусов. Оно закручивается в так называемом аккреционном диске. Некоторая часть его проходят точку невозврата – горизонт событий и падает в черную дыру.

Но черные дыры – привередливые едоки. Некоторая часть вещества, выбрасывается из аккреционного диска в форме плотно сфокусированных струй. Эти струи движутся потом почти со скоростью света на расстоянии в десятки тысяч световых лет.

Возможно, что у Sgr * A нет струй. За последние несколько десятилетий она была не очень активной.

Но если струи действительно существуют, телескопы EHT будут получать об этом информацию. Затем команда EHT сможет использовать ее, чтобы попытаться ответить на некоторые нерешенные вопросы об этом явлении.

До недавнего времени доказательства, подтверждающие теорию общей теории относительности (ОТО), были получены из наблюдений за нашей Солнечной системой. Но условия в нашем маленьком пятачке Вселенной довольно мягкие. Условия, обнаруженные вблизи черной дыры, позволят подвергнуть ее более  серьезному испытанию.

Оригинальная статья

Источник: alivespace.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.