Фото: Консорциум Event Horizon Telescope.
Пик яркости кольца вокруг сверхмассивной черной дыры M87 за год сместился на 30 градусов против часовой стрелки. Об этом свидетельствуют новые изображения, опубликованные консорциумом Event Horizon Telescope.
Коллаборация Event Horizon Telescope (EHT) при участии голландских астрономов опубликовала новые изображения M87*, сверхмассивной черной дыры в центре галактики Мессье 87, используя данные наблюдений, проведенных в апреле 2018 года. Недавно введенный в эксплуатацию Гренландский телескоп и значительно улучшенная скорость записи по всей массиве, наблюдения 2018 года дают нам представление об источнике, независимое от первых наблюдений в 2017 году.
В недавней статье под названием «Постоянная тень сверхмассивной черной дыры M87», опубликованной в журнале Astronomy & Astrophysicals, представлены новые изображения на основе данных 2018 года, на которых видно знакомое кольцо того же размера, что и наблюдаемое в 2017 году. Это яркое кольцо окружает глубокую центральную депрессию, «тень черной дыры», как предсказывает общая теория относительности. Примечательно, что пик яркости кольца сместился примерно на 30 градусов по сравнению с изображениями 2017 года, что согласуется с нашим теоретическим пониманием изменчивости турбулентного материала вокруг черных дыр.
Тень черной дыры
«Фундаментальное требование науки — способность воспроизводить результаты», — говорит доктор Кейичи Асада, научный сотрудник Института астрономии и астрофизики Academia Sinica на Тайване. «Подтверждение существования кольца в совершенно новом наборе данных — это огромная веха для нашего сотрудничества и убедительный признак того, что мы наблюдаем тень черной дыры и материал, вращающийся вокруг нее».
В 2017 году EHT сделал первое изображение черной дыры. Этот объект, M87*, является бьющимся сердцем гигантской эллиптической галактики Мессье 87 и живет на расстоянии 55 миллионов световых лет от Земли. На изображении черной дыры было видно яркое круглое кольцо, более яркое в южной части кольца. Дальнейший анализ данных также выявил структуру M87* в поляризованном свете, что позволило нам лучше понять геометрию магнитного поля и природу плазмы вокруг черной дыры.
Новая эра прямых изображений черных дыр, начавшаяся с обширного анализа наблюдений M87* в 2017 году, открыла новое окно, которое позволило нам исследовать астрофизику черных дыр и проверить теорию общей теории относительности на фундаментальном уровне. Наши теоретические модели говорят нам, что состояние материала вокруг M87* должно быть некоррелированным в период с 2017 по 2018 год. Таким образом, многочисленные наблюдения M87* помогут нам наложить независимые ограничения на структуру плазмы и магнитного поля вокруг черной дыры и помочь нам распутать сложная астрофизика, основанная на эффектах общей теории относительности.
Телескопы в Гренландии и Мексике
Чтобы помочь в достижении новых и интересных научных результатов, EHT постоянно развивается. Гренландский телескоп впервые присоединился к EHT в 2018 году, всего через пять месяцев после завершения его строительства далеко за Полярным кругом. Этот новый телескоп значительно улучшил точность изображения массива EHT, улучшив покрытие, особенно в направлении север-юг. Большой миллиметровый телескоп также впервые участвовал в исследовании с полной поверхностью 50 м, что значительно улучшило его чувствительность. Массив EHT также был модернизирован для наблюдения в четырех диапазонах частот около 230 ГГц по сравнению с двумя диапазонами в 2017 году.
Повторные наблюдения с улучшенной матрицей необходимы для демонстрации надежности наших результатов и укрепления нашей уверенности в наших результатах. Помимо новаторских научных достижений, EHT также служит технологическим испытательным полигоном для передовых разработок в области высокочастотной радиоинтерферометрии.
«Продвижение научных исследований требует постоянного улучшения качества данных и методов анализа», — сказал Рохан Дахале, доктор философии. кандидат Института астрофизики Андалусии (IAA-CSIC) в Испании. «Включение Гренландского телескопа в нашу систему заполнило критические пробелы в нашем телескопе размером с Землю. Наблюдения 2021, 2022 года и предстоящие 2024 года свидетельствуют об улучшениях массива, что подогревает наш энтузиазм в стремлении расширить границы астрофизики черных дыр».
Независимые методы визуализации и моделирования
Анализ данных 2018 года включает восемь независимых методов визуализации и моделирования, включая методы, использованные в предыдущем анализе M87 * в 2017 году, и новые, разработанные на основе опыта совместной работы по анализу Sgr A *.
Изображение M87*, полученное в 2018 году, удивительно похоже на то, что мы видели в 2017 году. Мы видим яркое кольцо того же размера, с темной центральной областью и одной стороной кольца ярче другой. Масса и расстояние до M87* не будут существенно увеличиваться в течение жизни человека, поэтому общая теория относительности предсказывает, что диаметр кольца должен оставаться неизменным из года в год. Стабильность измеренного диаметра на изображениях с 2017 по 2018 год убедительно подтверждает вывод о том, что M87* хорошо описывается общей теорией относительности.
«Одним из замечательных свойств черной дыры является то, что ее радиус сильно зависит только от одной величины: ее массы», — сказала доктор Нитика Ядлапалли Юрк, бывшая аспирантка Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт), ныне постдокторант. научный сотрудник Лаборатории реактивного движения в Калифорнии. «Поскольку M87* не аккрецирует материал (который увеличивал бы ее массу) с высокой скоростью, общая теория относительности говорит нам, что ее радиус останется практически неизменным на протяжении всей истории человечества. Очень интересно видеть, что наши данные подтверждают это предсказание».
Хотя размер тени черной дыры не изменился в период с 2017 по 2018 год, расположение самой яркой области вокруг кольца существенно изменилось. Яркая область повернулась примерно на 30° против часовой стрелки и расположилась в нижней правой части кольца примерно в положении 5 часов. Исторические наблюдения M87* с менее чувствительной решеткой и меньшим количеством телескопов также показали, что структура тени меняется ежегодно, но с меньшей точностью. Хотя массив EHT 2018 по-прежнему не может наблюдать джет, выходящий из M87*, ось вращения черной дыры, предсказанная по расположению самой яркой области вокруг кольца, более соответствует оси джета, наблюдаемой на других длинах волн.
По прогнозу
«Самое большое изменение — смещение пика яркости вокруг кольца — на самом деле является тем, что мы предсказали, когда опубликовали первые результаты в 2019 году», — сказал доктор Бритт Джетер, научный сотрудник Института астрономии и астрофизики Academia Sinica на Тайване.
«Хотя общая теория относительности утверждает, что размер кольца должен оставаться довольно фиксированным, излучение турбулентного, беспорядочного аккреционного диска вокруг черной дыры приведет к тому, что самая яркая часть кольца будет колебаться вокруг общего центра. Величина колебания, которую мы наблюдаем с течением времени, равна то, что мы можем использовать для проверки наших теорий о магнитном поле и плазменной среде вокруг черной дыры».
Информация от: Лейденским университетом
