Сотрудничество, создавшее первое изображение черной дыры, опубликовало новые снимки ее массивной струи

США - Информационное агентство Эхбари

Сотрудничество, создавшее первое изображение черной дыры, опубликовало новые снимки ее массивной струи

В 2019 году мир был заворожен, когда международная коллаборация Телескопа горизонта событий (EHT) совершила монументальное достижение: создала первое прямое изображение черной дыры. Объект, находящийся в центре внимания, был сверхмассивной черной дырой (SMBH), расположенной в сердце галактики Мессье 87 (M87), на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли. Эта черная дыра, официально обозначенная как M87*, известна не только своей огромной массой и гравитационным притяжением, но и впечатляющими, мощными потоками заряженных частиц, которые вырываются из ее полюсов, двигаясь со скоростью, близкой к световой. Эти явления, известные как «релятивистские струи», обусловлены колоссальными гравитационными силами черной дыры и ее быстрым вращением.

Используя сложную технику, известную как интерферометрия с очень длинной базой (VLBI), которая синхронизирует сигналы от множества радиотелескопов, расположенных по всему миру, для имитации одного инструмента размером с Землю, астрономы смогли точно определить размер и массу этого гравитационного гиганта. Масса M87* оценивается более чем в 6,5 миллиардов раз больше массы нашего Солнца, а ее диаметр составляет поразительные 25 000 астрономических единиц (3,7 триллиона километров или 2,3 триллиона миль). Несмотря на эти невероятные достижения, оставалась неразрешенной загадка: точное место происхождения колоссальной струи, исходящей из окрестностей черной дыры.

Теперь, используя данные, собранные EHT в ходе наблюдений 2021 года, специально нацеленных на эту струю, международная группа исследователей обнаружила новые убедительные улики относительно ее происхождения. Революционное исследование возглавили ведущие исследователи: Саураб, сотрудник Института радиоастрономии Макса Планка (MPIfR), Хендрик Мюллер из Национальной радиоастрономической обсерватории (NRAO) и Себастиано фон Фелленберг, ранее работавший в MPIfR, а ныне сотрудник Канадского института теоретической астрофизики (CITA). К ним присоединилась обширная коллаборация EHT, глобальная сеть, объединяющая 300 членов из 60 ведущих научных учреждений. Полные детали их исследований опубликованы в авторитетном журнале Astronomy & Astrophysics.

Последние изображения, опубликованные коллаборацией EHT, демонстрируют динамичную среду, характеризующуюся изменяющимися паттернами поляризации, что дает более глубокое представление о структуре и поведении струи. Заметная струя, исходящая из полюсов M87*, простирается на невероятное расстояние в 3000 световых лет и наблюдается во всем электромагнитном спектре. Способность EHT разрешать тонкие структуры вблизи черной дыры объясняется его чувствительностью к излучениям различных масштабов. Эти масштабы определяются «базовыми линиями» — расстояниями между участвующими обсерваториями в сети EHT. В то время как длинные базовые линии, простирающиеся на тысячи километров, позволяли разрешать мельчайшие, внутренние структуры, короткие базовые линии (несколько сотен километров) давали представление о более протяженных частях струи.

Используя промежуточные базовые линии, которые находятся между этими крайностями, исследовательская группа смогла установить критически важную связь между веществом, вращающимся вокруг черной дыры, и мощной струей, которую она выбрасывает. «Это исследование представляет собой первый шаг на пути к соединению теоретических идей о запуске струи с прямыми наблюдениями», — заявила Саураб в пресс-релизе EHT. «Определение того, где может зарождаться струя и как она связана с тенью черной дыры, добавляет ключевой элемент к головоломке и указывает на лучшее понимание того, как работает центральный двигатель».

Путем тщательного сравнения измерений интенсивности радиоизлучения в различных пространственных масштабах исследователи обнаружили, что яркое кольцо горячего газа, окружающее черную дыру и запечатленное на знаменитом снимке 2019 года, не является единственным источником обнаруженных радиоизлучений. Их анализ показал, что часть «потерянного» излучения объясняется вкладами, наблюдаемыми на промежуточных базовых линиях. В то время как предыдущие наблюдения 2017 и 2018 годов не имели необходимых промежуточных базовых линий для зондирования основания струи, более свежие данные обеспечили требуемое разрешение. В сочетании со сложными моделями Саураб и ее коллеги продемонстрировали, что дополнительная компактная область излучения могла бы правдоподобно объяснить эти ранее необъясненные эмиссии.

Команда определила, что эта вновь выявленная область расположена примерно в 0,09 световых годах от M87* и, по-видимому, точно совпадает с основанием релятивистской струи. Хендрик Мюллер прокомментировал значимость открытия: «Мы наблюдали внутреннюю часть струи M87 с помощью глобальных экспериментов VLBI в течение многих лет, с постоянно возрастающим разрешением, и, наконец, смогли разрешить тень черной дыры в 2019 году. Удивительно видеть, что мы постепенно движемся к объединению этих прорывных наблюдений по нескольким частотам и завершению картины области запуска струи».

Дальнейшие наблюдения с помощью EHT необходимы для уточнения нашего понимания точного размера, формы и общей структуры струи. Эти будущие исследования позволят астрономам не только картировать эти сложные структуры, но и визуализировать их с еще большей четкостью. Эта задача имеет огромный потенциал для прямого исследования сред SMBH и тщательной проверки фундаментальных теорий физики в самых экстремальных условиях во Вселенной. Себастиано фон Фелленберг добавил: «Новые наблюдаемые данные, которые сейчас коррелируются и калибруются при поддержке MPIfR, скоро снова включат Большой миллиметровый радиотелескоп в Мексике. Это позволит получить еще более четкое представление о регионе запуска струи».

Этот последний прорыв от коллаборации EHT расширяет границы нашего космического понимания, предлагая беспрецедентный взгляд на мощные двигатели, которые управляют некоторыми из самых энергичных явлений во Вселенной. Это подчеркивает силу международного научного сотрудничества и передовых методов наблюдения в раскрытии самых глубоких тайн космоса.

Информационное агентство Эхбари