Pierwsze zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej • The Register

Astronomowie po raz pierwszy uchwycili wyraźny obraz gigantycznej supermasywnej czarnej dziury w centrum naszej galaktyki.

Sagittarius A*, lub w skrócie Sgr A*, znajduje się 27 000 lat świetlnych od Ziemi. Naukowcy od jakiegoś czasu wiedzieli, że w konstelacji Strzelca znajdował się tajemniczy obiekt emitujący silne fale radiowe, chociaż tak naprawdę odkryto go dopiero w latach 70. Chociaż astronomowie byli w stanie scharakteryzować niektóre właściwości obiektu, eksperci nie byli tego pewni. tego, co dokładnie widzieli.

Wiele lat później, w 2020 roku, Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki przyznano dwóm naukowcom, którzy matematycznie udowodnili, że obiekt musi być supermasywną czarną dziurą. Teraz ich praca została zweryfikowana eksperymentalnie w postaci pierwszy snap Sgr A*, uchwycony przez ponad 300 naukowców pracujących w 80 instytucjach w ramach współpracy Event Horizon Telescope.

To nagromadzenie nieco rozmytych pomarańczowych kropelek może na pierwszy rzut oka nie wydawać się imponujące, ale kształt i struktura są charakterystycznymi oznakami supermasywnej czarnej dziury: okrągły kształt w kształcie pączka; wewnętrzny otwór wyznacza krawędź lub horyzont zdarzeń i jest otoczony świecącym pierścieniem promieniowania.

Osiem naziemnych teleskopów rozmieszczonych na całym świecie zostało wykorzystanych do przechwycenia światła z Sgr A* od 2017 roku. Naukowcy zebrali 3,5 petabajta obserwacji i wprowadzili je do złożonych algorytmów przetwarzania obrazu działających na superkomputerach w celu zbudowania obrazu. Dane z tych teleskopów muszą być dokładnie porównywane i przetwarzane; Aby zbudować stabilny, prosty obraz, naukowcy muszą wziąć pod uwagę takie czynniki, jak pozycja instrumentu i obrót Ziemi.

„Masę i odległość obiektu znaliśmy bardzo dokładnie przed naszymi obserwacjami” powiedział Luciano Rezzolla, profesor astrofizyki teoretycznej na Uniwersytecie Goethego we Frankfurcie, w tym tygodniu.

„Dlatego stosujemy te ścisłe ograniczenia dotyczące rozmiaru cienia, aby wykluczyć inne zwarte obiekty – takie jak gwiazdy bozonowe lub tunele czasoprzestrzenne – i dochodzimy do wniosku, że: »To, co widzimy, zdecydowanie wygląda jak czarna dziura«”.

Rezzolla powiedział, że budowanie obrazu teleskopowego jest jak próba stworzenia zdjęcia szczytu górskiego z serii zdjęć poklatkowych; gdy przechodzą chmury, a słońce wschodzi i zachodzi, szczyt zmienia się ze zdjęcia na zdjęcie. Szczyt góry jest w tym przypadku supermasywną czarną dziurą, która jest nie tylko bardzo, bardzo odległa i maleńka, ale także niewidoczna.

Richard Anantua, adiunkt fizyki i astronomii na Uniwersytecie Teksańskim w San Antonio, opisał algorytmy zastosowane do obserwacji teleskopu. „Aby przekonwertować rzadkie dane na obrazy, korzystamy z ustalonych metod, takich jak CZYSTY algorytm aby usunąć funkcję rozpraszania punktów wiązki nieodłączną od instrumentu obserwacyjnego” – powiedział. Rejestr. „Potwierdziliśmy również nasze obrazy metodami maksymalnego prawdopodobieństwa, w tym priorytetyzacją gładkości, rzadkości i maksymalnej entropii”.

Ten kod został uruchomiony na wielu klastrach superkomputerów. „Korzystamy z szerokiej gamy naukowych obiektów obliczeniowych – zarówno połączonych z uniwersytetami powiązanymi z EHT, jak i innymi instytucjami. Niektóre z wykorzystywanych obiektów obejmują przede wszystkim klaster Black Hole na University of Illinois Urbana-Champaigne oraz Texas Advanced Computing Cluster and Open Science Siatka – dodał.

Sgr A* jest bardzo podobna do M87*, supermasywnej czarnej dziury o masie 6,5 miliarda Słońca znajdującej się w galaktyce M87, 50 milionów lat świetlnych od nas. Naukowcy obliczają, że oba zdjęcia wykonane przez EHT Collaboration wskazują, że wszystkie typy czarnych dziur wyglądają podobnie, niezależnie od ich wielkości, ponieważ rządzą się prawami ogólnej teorii względności Einsteina.

„Mamy teraz spójny obraz, który wygląda na to, że ogólna teoria względności działa na obu końcach supermasywnych czarnych dziur”. powiedział Kazunori Akiyama, naukowiec z Obserwatorium Haystack w MIT.

Uzbrojeni w te obrazy astronomowie mogą teraz porównać oba obiekty, aby dowiedzieć się więcej o supermasywnych czarnych dziurach i ich efektach. „Mamy teraz do czynienia ze zdjęciami populacji czarnych dziur, więc jesteśmy w stanie zbadać demografię czarnych dziur. Oba zdjęcia mają globalną strukturę pierścieniową, ale tylko M87* ma niezrównoważony azymutalnie profil. Sgr A* ma łatki przepływu równomiernie rozłożonego w całym pierścieniu” – powiedział Anantua.

Boffins z ETH Collaboration mają na oku kilka supermasywnych czarnych dziur, które, jak sądzą, mogą sobie wyobrazić, takich jak możliwy binarny obiekt OJ 287, oddalony o 3,5 miliarda lat świetlnych, powiedział Anantua.

Badania ETH Collaboration opisujące wszystko, od cienia, masy i kształtu Sgr A*, po sposób uchwycenia i przetworzenia obrazu, zostały opublikowane w kilku wymienionych publikacjach akademickich. tutaj. ®