У квітні 2019 року вчені опублікували перше зображення чорної діри в галактиці М87 за допомогою телескопа Event Horizon Telescope (EHT). Однак це чудове досягнення було тільки початком наукової історії, яку потрібно було розповісти.
Дані 19 обсерваторій, опубліковані напередодні, обіцяють дати безпрецедентне розуміння цієї чорної діри і системи, в якій вона знаходиться, а також поліпшити тести Загальної теорії відносності Ейнштейна.
«Ми знали, що перше пряме зображення чорної діри буде революційним», - говорить Кадзухіро Хада з Національної астрономічної обсерваторії Японії, співавтор нового дослідження, опублікованого в журналі Astrophysical Journal Letters, в якому описується великий набір даних.
«Але щоб отримати максимальну віддачу від цього чудового зображення, нам потрібно знати все можливе про поведінку чорної діри в той час, спостерігаючи за всім електромагнітним спектром».
Величезне гравітаційне тяжіння надмасивної чорної діри може приводити в дію струмені частинок (джети), які переміщуються майже зі швидкістю світла на величезні відстані. Струмені М87 виробляють світло, що охоплює весь електромагнітний спектр, від радіохвиль до видимого світла і гамма-променів. Ця картина різна для кожної чорної діри. Ідентифікація цього патерну дає вирішальне уявлення про властивості чорної діри - наприклад, про її обертання і вихід енергії, але є складним завданням, оскільки патерн змінюється з часом.
Вчені компенсували цю мінливість, координуючи спостереження з багатьма з найпотужніших телескопів світу на землі і в космосі, збираючи світло з усього спектру. Ці спостереження в 2017 році стали найбільшою одночасною кампанією спостережень, яка коли-небудь проводилася над надмасивною чорною дірою.
Починаючи з культового зображення EHT M87, нове відео відправить глядачів у подорож за даними кожного телескопа. Кожен послідовний кадр показує дані по безлічі факторів, як довжин хвиль світла, так і фізичних розмірів.
Послідовність починається із зображення чорної діри у квітні 2019 року. Потім вона переміщується по зображеннях з інших масивів радіотелескопів з усієї земної кулі (SMA), переміщаючись назовні в поле зору під час кожного кроку. Потім вигляд змінюється на телескопи, які виявляють видиме світло, ультрафіолетове світло і рентгенівські промені (Чандра). Екран поділяється, щоб показати, як ці зображення, які одночасно покривають одну і ту ж ділянку неба, порівнюються один з одним. Послідовність закінчується показом того, що гамма-телескопи на землі (VERITAS) і Фермі в космосі виявляють у цій чорній дірі.
Кожен телескоп надає різну інформацію про поведінку і вплив чорної діри масою 6,5 мільярда сонячних мас в центрі M87, яка знаходиться приблизно в 55 мільйонах світлових років від Землі.
Дані були зібрані групою з 760 вчених і інженерів з майже 200 установ, що охоплюють 32 країни або регіону, і з використанням обсерваторій, фінансованих агентствами і держустановами по всьому світу. Спостереження були зосереджені з кінця березня по середину квітня 2017 року.
Перші результати показують, що інтенсивність світла, створюваного матеріалом навколо надмасивної чорної діри М87, була найнижчою з тих, хто коли-небудь спостерігався. Це створило ідеальні умови для спостереження «тіні» чорної діри, а також дозволило ізолювати світло з областей, близьких до горизонту подій, від тих, які знаходяться на відстані десятків тисяч світлових років від чорної діри.
Поєднання даних цих телескопів і поточних (і майбутніх) спостережень дозволить вченим провести важливі дослідження в деяких найбільш важливих і складних областях астрофізики. Наприклад, вчені планують використовувати ці дані для поліпшення тестів Загальної теорії відносності Ейнштейна.
В даний час невизначеність щодо матеріалу, що обертається навколо чорної діри і викидається струменями, зокрема властивостей, що визначають випромінюване світло, являє собою серйозну перешкоду для цих випробувань загальної теорії відносності.
Пов'язане з цим питання, яке розглядається в сьогоднішньому дослідженні, стосується походження енергетичних частинок, званих «космічними променями», які постійно бомбардують Землю з космосу. Їх енергія може бути в мільйон разів вище, ніж та, яка може бути отримана в найпотужнішому прискорювачі на Землі - Великому адронному колайдері.
Величезні струмені, випущені з чорних дір, як і ті, що показані на сьогоднішніх знімках, вважаються найбільш вірогідним джерелом космічних променів з найвищою енергією, але є багато питань про деталі, включаючи точні місця, де частинки прискорюються.
Оскільки космічні промені виробляють світло через свої зіткнення, гамма-промені з найвищою енергією можуть точно визначити це місце, і нове дослідження показує, що ці гамма-промені, швидше за все, не виробляються поблизу горизонту подій - принаймні, не в 2017 році. Ключем до вирішення цієї дискусії буде порівняння зі спостереженнями 2018 року і новими даними, зібраними цього тижня.
«Розуміння прискорення частинок дійсно займає центральне місце в нашому розумінні як зображення EHT, так і джетів», - говорить співавтор роботи Сера Маркофф з Амстердамського університету. - Ці струмені примудряються переносити енергію, що виділяється чорною дірою, до масштабів, більших, ніж галактика-господар, подібно величезному шнуру живлення. Наші результати допоможуть нам розрахувати кількість переносимої енергії і вплив струменів чорної діри на навколишнє середовище ".
