Астрономы засняли светящееся «тонкое» кольцо черной дыры и одновременно мощный поток

Обнародовано астрономами сегодня Новые снимки черной дыры В центре галактики M87 более мягкая версия светящегося кольца черной дыры и ее мощного джета впервые видны вместе на одном изображении. в Телескоп горизонта событий EHT впервые сфотографировал черную дыру в 2017 году; Это новое изображение основано на данных, собранных Универсальный набор миллиметров VLBI (GMVA), который зафиксировал радиоизлучение на немного другой, но важной с научной точки зрения длине волны. Подробности новых данных наблюдений, методов обработки изображений и связанных с ними компьютерных симуляций описаны в новой статье, опубликованной в журнале Nature.

«Это первое изображение, на котором мы можем определить, где находится кольцо по отношению к мощной струе, выходящей из центральной черной дыры». сказал соавтор Кадзунори Акияма из обсерватории Хейстек Массачусетского технологического института, которая разработала программное обеспечение для визуализации черной дыры. «Теперь мы можем приступить к более глубокому рассмотрению таких вопросов, как ускорение и нагрев частиц, а также многих других загадок о черной дыре».

Как упоминалось ранее, EHT представляет собой набор телескопов, разбросанных по всему миру, включая инструменты от Гавайев до Европы и от Антарктиды до Гренландии. «Телескоп» создается с помощью процесса, называемого интерферометрией, который использует свет, захваченный в разных местах, для создания изображения с разрешением, эквивалентным гигантскому телескопу (очень большому телескопу, как если бы он был таким же большим, как расстояние между удаленными точками отдельных людей). телескопы).

Ученые, работающие в EHT, попали в заголовки мировых новостей в 2019 году Когда они показали первое прямое изображение задней дыры в центре галактики M87. Два года спустя исследователи EHT опубликовали новое изображение той же черной дыры, на этот раз показывающее, как она выглядела. поляризованный свет. Способность к измерить эту поляризацию Впервые сигнатура магнитных полей на краю черной дыры позволила по-новому взглянуть на то, как черные дыры поглощают материю и испускают мощные струи из своих ядер. Астрономы также смогли Определить силовые линии магнитного поля. на внутреннем краю и изучить взаимодействие между материей, которая течет внутрь и взрывается наружу.

А ранее в этом месяце четыре члена коллаборации EHT применили новую технику машинного обучения под названием PRIMO (интерферометрическое моделирование главных компонентов) к исходным данным 2017 года, получив эту знаменитую картину. ее первое преображение. PRIMO проанализировал более 30 000 смоделированных изображений черных дыр, аккрецирующих газ, с учетом нескольких различных моделей того, как может происходить аккреция вещества. Структурные паттерны были отсортированы по тому, как часто они появлялись в моделировании, а затем PRIMO смешал их, чтобы создать новое изображение черной дыры с высоким разрешением.

На этом новом изображении, созданном коллаборацией GMVA, используются радиоизлучения различных длин волн, полученные 14-15 апреля 2018 года. В то время как сетка телескопов EHT настроена на разрешение 1,3 мм, телескопы GMVA настроены на 3,5 мм. Для сравнения, астроном соломенной обсерватории Описание Джеффри Круза EHT изобразил оригинал как «Сделано в FM», в то время как это новое изображение GMVA «исходит из AM», добавив: «Расскажите историю вместе, вместе это будет лучше».

Поскольку телескопы GMVA расположены вдоль оси Земли с востока на запад, данные с Гренландский телескоп на север и Большой массив миллиметров / метров Atacama ALMA добавлена ​​к югу для полноты картины. Именно это позволило астрономам уловить тень черной дыры и одновременно лучше увидеть эмиссионные струи. Данные со всех этих телескопов были синхронизированы с использованием интерферометрии, и для получения окончательного изображения применялись различные алгоритмы обработки изображений, включая библиотеку изображений разреженного интерферометрического моделирования, разработанную Акиямой.

Светящееся кольцо, впервые полученное EHT, является результатом обращения материи вокруг черной дыры. Эта материя нагревается, и сильная гравитация черной дыры изгибает излучаемый свет вокруг себя, образуя кольцо света с темной областью в центре — тенью черной дыры. Но изображение GMVA показывает кольцо, которое на 50 процентов более выпуклое, чем на исходном изображении EHT. Последующее компьютерное моделирование предполагает, что это связано с тем, что новое изображение показывает, что к черной дыре падает больше материала, в частности, перегретая плазма из окружающего аккреционного диска.

Также был след плазмы, идущий от центрального кольца, скорее всего, часть струи, вырывающейся наружу в космос. Хотя астрономам давно известно, что такие черные дыры, как M87, могут извергать мощные струи материи, основная физика до конца не изучена, и возможность наблюдать, откуда берется струя вблизи черной дыры, жизненно важна для получения дополнительных знаний. Разрешение GMVA в 3,5 миллиметра позволило астрономам увидеть, как мощная струя выходит из светящегося кольца, впервые обнаружив, что основание струи действительно связано с этим кольцом.

«Интересно то, что мы все еще видим тень черной дыры, но мы также начинаем видеть более протяженную струю», — сказал он. Акияма сказал. «Чтобы плазма излучала свет с такой длиной волны, она должна быть сильно нагрета, чтобы каждая частица в плазме двигалась почти со скоростью света. Таким образом, частицы разгоняются до релятивистских скоростей. И мы видим, что в случае M87, эта струя расширяется и летит в очень широком диапазоне».

Будущие наблюдения будут нацелены на большее количество радиоволн, чтобы еще больше конкретизировать научную историю M87, сообщая астрономам, например, больше о температурном профиле и составе плазмы черной дыры.

DOI: Природа, 2023. 10.1038/с41586-023-05843-в (о DOI).