eso1907ru — Научный релиз

Астрономы впервые получили изображение черной дыры

ESO, ALMA и APEX участвовали в поворотных в истории астрономии наблюдениях гигантской черной дыры в центре галактики Мессье 87

10 апреля 2019 г., St.-Petersburg

Телескоп горизонта событий (Event Horizon Telescope, EHT) — антенная решетка планетарного масштаба из восьми наземных радиотелескопов, объединенных в международную коллаборацию – был создан для получения изображений черных дыр. Сегодня на скоординированных пресс-конференциях, которые проводятся по всему миру, исследователи EHT представляют результаты своей работы: первое прямое визуальное изображение сверхмассивной черной дыры и ее тени.

Этот революционный результат сегодня был представлен в серии из шести статей, опубликованных в специальном выпуске The Astrophysical Journal Letters. Получено изображение черной дыры в центре Messier 87 [1], массивной галактики в близлежащем скоплении галактик в Деве. Эта черная дыра массой в 6.5 миллиардов солнечных масс находится от нас на расстоянии 55 миллионов световых лет [2].

Решетка EHT объединяет в одно целое радиотелескопы, находящиеся в разных точках Земли, образуя уникальный виртуальный телескоп размером с земной шар [3]. EHT открывает перед учеными новый путь изучения самых необычных объектов Вселенной, предсказываемых эйнштейновской общей теорией относительности. И происходит это в год столетия исторического эксперимента, который впервые подтвердил эту теорию [4].

"Мы получили первый снимок черной дыры", -- сказал руководитель проекта EHT Шепард Дэлимен (Sheperd S.Doeleman) из Гарвардского Смитсонианского астрофизического центра. "Это научное достижение чрезвычайной важности, которое увенчало усилия коллектива из более 200 исследователей".

Черные дыры – необычные космические объекты, имеющие гигантские массы и исключительно компактные размеры. Эти объекты оказывают очень сильное влияние на свои окрестности, деформируя пространство-время и нагревая окружающее их вещество до экстремальных температур.

"Когда черная дыра погружена в яркий диск светящегося газа, там должна образоваться темная область, напоминающая тень. Это явление, предсказываемое общей теорией относительности Эйнштейна, никогда раньше не наблюдалось", -- объясняет глава Научного совета EHT Хейно Фальке (Heino Falcke) из университета Рэдбуд в Нидерландах. "Эта «тень», образующаяся вследствие гравитационного искривления света и его захвата горизонтом событий, многое говорит о природе этих удивительных объектов. Именно она и позволила нам измерить гигантскую массу черной дыры в M87."

Применение целого ряда методов калибровки и построения изображений выявило кольцеобразную структуру с темной центральной областью — «тенью» черной дыры — которая воспроизводилась в многочисленных независимых наблюдениях на EHT.

"Когда мы уверенно убедились, что мы действительно получили изображение тени, мы сравнили наши результаты с обширной коллекцией компьютерных моделей, отражающих физические особенности искривленного пространства, нагретого до сверхвысоких температур вещества и сильных магнитных полей. Многие свойства полученного изображения неожиданно хорошо соответствуют нашим теоретическим представлениям”, -- отмечает Пол Хо (Paul T.P. Ho), член Научного Комитета EHT, директор Восточно-Азиатской обсерватории[5]. “Это дает нам уверенность в правильности интерпретации наших наблюдений, в том числе наших оценок массы черной дыры".

"Несоответствие тории и наблюдений всегда драматический момент для теоретика. Было большим облегчением и поводом для гордости осознать, что на этот раз наблюдения так хорошо соответствуют ашим предсказаниям", -- добавляет член Научного Комитета EHT Лучиано Реззолла (Luciano Rezzolla) из университета Гёте в Германии.

Создание EHT было технической задачей величайшей сложности, решение которой потребовало создания и отладки всемирной сети из восьми уже существовавших радиотелескопов, установленных в труднодоступных высокогорных местностях: на вершинах вулканов на Гавайских островах и в Мексике, в горах Аризоны в США и Сьерра Невады в Испании, в чилийской высокогорной пустыне Атакама и в Антарктике.

Наблюдения на EHT основывались на применении методики интерферометрии со сверхдлинной базой (VLBI), которая предполагает синхронизацию всех телескопов всемирной сети и использует вращение нашей планеты для образования единого гигантского глобального телескопа, работающего на волне 1.3 мм. Метод VLBI позволил EHT достичь углового разрешения в 20 микросекунд дуги, что соответствует способности читать нью-йоркскую газету из парижского кафе [6].

Выдающийся результат был получен решеткой, состоящей из следующих телескопов: ALMA, APEX, 30-метровый телескоп IRAM, телескоп Джеймса Клерка Максвелла, Большой миллиметровый телескоп Альфонсо Серрано, Субмиллиметровая решетка, Субмиллиметровый телескоп и телескоп на Южном полюсе [7]. Петабайты полученных этими телескопами наблюдательных данных были суммированы высокоспециализированными суперкомпьютерами, установленными в Институте радиоастрономии Макса Планка и обсерватории Хэйстек (MIT).

В этой общемировой кооперации важнейшая роль принадлежала европейскому оборудованию и финансированию: использованию современных европейских телескопов и поддержке со стороны Европейского совета по научным исследованиям—в частности, предоставленному им гранту в €14 миллионов проекту BlackHoleCam [8]. Ключевую роль сыграла и поддержка со стороны ESO, IRAM и Общества Макса Планка. "Этот результат базируется на десятилетиях европейских исследований в области астрономии миллиметровых волн”, -- комментирует Карл Шустер (Karl Schuster), директор IRAM и член Комитета EHT.

Создание EHT и наблюдения, результаты которых демонстрируются сегодня, являются кульминацией продолжавшихся в течение десятилетий наблюдательных, технических и теоретических работ. Это пример глобальной кооперации, которая потребовала тесной совместной работы исследователей всего мира. Чтобы создать EHT из уже существовавших прежде инфраструктур, потребовались объединенные усилия тринадцати институтов-партнеров и поддержка множества агентств. Основное финансирование было обеспечено Национальным фондом научных исследований США (NSF), Европейским советом по научным исследованиям ЕС (ERC) и финансовыми организациями Восточной Азии.