Astronómovia predstavili prvý záber centrálnej čiernej diery v našej galaxií


so2208-eht-mw — Tlačová správa (vedecká)

Astronómovia predstavili prvý záber centrálnej čiernej diery v našej galaxií

12. máj 2022

Astronómovia dnes prezentujú na tlačových konferenciách, ktoré sa konali na niekoľkých miestach súčasne po celom svete – vrátane Európskeho južného observatória (ESO) v nemeckom Garchingu – prvý záznam supermasívnej čiernej diery v strede Mliečnej dráhy. Tento nový vedecký výsledok jednoznačne dokazuje, že masívny útvar v strede našej galaxie je skutočne čiernou dierou. Pozorovania tiež poskytujú cenné informácie o fungovaní týchto obrovských objektov, o ktorých sa predpokladá, že sa nachádzajú v strede väčšiny galaxií. Záznam vytvorili astronómovia v medzinárodnej spolupráci pomocou globálnej siete rádioteleskopov s názvom Event Horizon Telescope (EHT).

Odborná a široká verejnosť netrpezlivo očakávala dokončenie snímky obrovskej masy nebeských telies ukrytých v strede našej galaxie. Astronómovia už skôr pozorovali, že hviezdy v centrálnej oblasti Mliečnej dráhy sa točia okolo neviditeľného, veľmi hustého, no masívneho ťažiska. Dokonca aj tieto pozorovania silne naznačovali, že toto nebeské teleso, Sagittarius A * (skrátene Sgr A *), nemôže byť nič iné ako čierna diera. Dnes zverejnená živá nahrávka však nenechá nikoho na pochybách, že je to skutočne tak.

Hoci samotnú čiernu dieru teraz nie je možné vidieť, pretože je dokonale čierna, ale žiariaci plyn, ktorý ju obklopuje, vykazuje jasné znaky a tým ju aj odhaľuje. Tmavá centrálna oblasť nazývaná tieň je obklopená prstencovým, lesklým tvarom. Na snímke sú lúče svetla odklonené silnou gravitáciou čiernej diery, ktorá je štyrimiliónkrát hmotnejšia ako naše Slnko.

„Veľká zhoda medzi skutočným priemerom svetelného prstenca vypočítaným z Einsteinovej všeobecnej teórie relativity a tým, ktorý sme namerali, je pôsobivá,“ hovorí Geoffrey Bower, výskumník z EHT Collaborative Program na Inštitúte astronómie a astrofyziky Academia Sinica v r. Taipei. „Toto jedinečné pozorovanie výrazne prispieva k nášmu pochopeniu procesov v strede našej galaxie a tiež odhaľuje niečo o tom, ako čierna diera interaguje so svojím okolím.“ Vedecké zistenia tímu EHT sú dnes zverejnené v The Astrophysical Journal Letters.

Pretože táto čierna diera je od Zeme vzdialená asi 27 000 svetelných rokov, na oblohe má približne rovnakú veľkosť ako šiška na povrchu Mesiaca. Aby to bolo možné zachytiť, bola potrebná mimoriadne výkonná sieť teleskopov EHT. Vznikla spojením ôsmich už existujúcich observatórií v rôznych častiach sveta. Takto možno dosiahnuť rozlíšenie obrovského virtuálneho ďalekohľadu veľkosti Zeme [1]. Pomocou EHT astronómovia pozorovali Sgr A * počas niekoľkých nocí v roku 2017, pričom príležitostne zbierali niekoľko hodín údajov, podobne ako pri zachytávaní snímok slabých cieľov s dlhou expozíciou pomocou fotoaparátu.

Členmi siete EHT sú okrem iných zariadení aj rádioteleskopy Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array (ALMA) a Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), čiastočne vlastnené ESO a prevádzkované v mene európskych členských štátov v púšti Atacama v Čile. Európa prispieva k pozorovaniam EHT aj ďalšími rádiovými observatóriami – 30-metrovým ďalekohľadom IRAM v Španielsku a od roku 2018 NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) vo Francúzsku – ako aj superpočítačom na kombináciu údajov EHT, ktorý prevádzkuje Spoločnosť Max Planck, Inštitút pre rádiovú astronómiu v Nemecku. Program EHT získal aj európske financovanie prostredníctvom grantov Európskej rady pre výskum a Spoločnosti Maxa Plancka v Nemecku.

„Sme veľmi radi, že ESO zohralo v posledných rokoch takú dôležitú úlohu pri odhaľovaní tajomstiev čiernych dier, a najmä Sgr A *,“ zdôrazňuje Xavier Barçons, generálny riaditeľ ESO. „ESO nielenže prispelo k úspechu EHT s prístrojmi ALMA a APEX, ale pre tento nový objav boli potrebné dôležité vedecké pokroky, ktoré sa predtým dosiahli v iných čilských observatóriách, o strede našej galaxie.“ [2]

Nedávne pozorovania z EHT prekonali predchádzajúci úspech programu z roku 2019, keď bol zverejnený pôsobivý obraz obrovskej čiernej diery s názvom M87 * v strede galaxie Messier 87.

Tieto dve čierne diery sú si pozoruhodne podobné, hoci útvar v strede našej vlastnej galaxie je viac ako tisíckrát menší čo do veľkosti a hmotnosti ako M87 * [3]. „Máme dve veľmi odlišné hmotnosti čiernych dier v dvoch veľmi odlišných galaxiách, ale prostredia okrajov týchto dvoch čiernych dier sú prekvapivo podobné,“ vysvetľuje Sera Markoff, viceprezidentka pre vedecké poradenstvo na EHT, teoretická astrofyzika na univerzite. Amsterdamu v Holandsku. „To naznačuje, že všeobecná teória relativity je pánom v bezprostrednej blízkosti týchto objektov a akékoľvek rozdiely, ktoré vykazujú vzdialenejšie oblasti, sú spôsobené rozdielmi v materiáli okolo čiernych dier.“

Spracovanie pozorovacieho materiálu z dnes zverejneného výsledku predstavovalo podstatne väčšiu technickú výzvu ako fotografovanie M87 *, hoci Sgr A * je k nám oveľa bližšie. Dôvod vysvetľuje Chi-kwan („CK“) Chan, výskumník EHT na Steward Observatory a Katedre astronómie a Inštitúte vedy o údajoch na Univerzite v Arizone: „Plyn v blízkosti čiernych dier sa pohybuje rovnakou rýchlosťou – takmer tak rýchlo ako svetlo – okolo Sgr A * a tiež v blízkosti M87 *. Ale zatiaľ čo v prípade M87 * to trvá dni alebo dokonca týždne, kým materiál obíde centrum, cirkulácia okolo oveľa menšieho Sgr A * trvá len minúty. Počas trvania pozorovaní EHT sa teda jas a štruktúra plynu zmenili oveľa rýchlejšie okolo Sgr A *. Bolo to trochu ako urobiť ostrú fotografiu pohybujúceho sa šteniatka, ktorý sa naháňa za vlastným chvostom.

Astronómovia museli vyvinúť nové, sofistikovanejšie metódy na pozorovanie plynu pohybujúceho sa okolo Sgr A *. Zatiaľ čo M87 * bol ľahší, pokojnejší cieľ, aj keď zábery z neho vyzerali v podstate rovnako, nebol to prípad Sgr A *. Súhrnná fotografia Sgr A * bola získaná ako priemer jednotlivých statických obrázkov čiernej diery. Takto sme konečne prvýkrát odhalili obraz obra, ktorý sa skrýva v strede našej galaxie.

Tento prelomový výsledok si vyžadoval kreativitu viac ako 300 výskumníkov pracujúcich v 80 výskumných ústavoch po celom svete, ktorý spoločne vytvorili spoluprácu EHT Collaboration. Okrem vývoja sofistikovaných nástrojov na prekonanie ťažkostí pri mapovaní Sgr A * pomocou superpočítačov, členovia výskumného tímu pracovali niekoľko rokov na zhrnutí a analýze údajov. Medzitým bola zo simulovaných čiernych dier zostavená bezprecedentná zbierka modelov na porovnanie výsledkov pozorovania.

Výskumníci sú obzvlášť nadšení, že teraz majú obrázky dvoch čiernych dier veľmi odlišných veľkostí, čo umožňuje identifikovať podobnosti a rozdiely. Pomocou najnovších údajov už odborníci testujú teórie a modely správania sa plynov v okolí superťažkých čiernych dier. Tieto fyzikálne procesy ešte nie sú dostatočne detailne známe, no vedci sa domnievajú, že tieto materiálne toky zohrávajú dôležitú úlohu aj pri vzniku a vývoji galaxií.

„Teraz máme možnosť preštudovať rozdiely medzi dvoma superťažkými čiernymi dierami, čo by nám mohlo poskytnúť prehľad o tom, ako tieto definujúce procesy fungujú,“ vysvetľuje člen tímu EHT Keiichi Asada, výskumník z Inštitútu astronómie a astrofyziky Academia Sinica v Taipei. „Máme fotografiu dvoch čiernych dier, jednu z najväčších a druhú z najmenších na širokej škále superťažkých čiernych dier vo vesmíre. Týmto spôsobom môžeme preskúmať fungovanie gravitácie v extrémnych podmienkach dôkladnejšie ako kedykoľvek predtým.

Avšak práca EHT tu nekončí. V marci 2022 sa uskutočnila ďalšia rozsiahla pozorovacia kampaň, ktorá bola založená na väčšom počte ďalekohľadov ako kedykoľvek predtým. Vďaka neustálemu rozširovaniu a technickému rozvoju siete teleskopov EHT môžeme v blízkej budúcnosti očakávať ešte úžasnejšie fotografie a dokonca aj pohyblivé obrázky čiernych dier.

Poznámky:

[1] Jednotlivé teleskopy zapojené do EHT v apríli 2017, v období keď sa pozorovania uskutočnili, boli: Atacama Large Millimeter / Submilimeter Array (ALMA), Atacama Pathfinder EXperiment (APEX), IRAM 30-meter Telescope, James Clerk Maxwell Telescope (JCMT), Large Millimeter Telescope Alfonso Serrano (LMT), Submillimeter Array (SMA), UArizona Submillimeter Telescope (SMT), South Pole Telescope (SPT). Odvtedy EHT pridal do svojej siete grónsky ďalekohľad (GLT), NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) a 12-metrový ďalekohľad UArizona na Kitt Peak.

ALMA je partnerstvom Európskeho južného observatória (ESO; Národnej vedeckej nadácie (NSF) a Národného inštitútu prírodných vied (NINS) Japonska spolu s Národnou radou pre výskum (Kanada), Ministerstvom vedy a techniky (MOST; Taiwan), Inštitútom astronómie a astrofyziky Academia Sinica ( ASIAA; Taiwan) a Kórejský inštitút pre astronómiu a vesmírne vedy (KASI; Kórejská republika) v spolupráci s Čilskou republikou. Spoločné observatórium ALMA prevádzkuje ESO, Associated Universities, Inc./National Radio Astronomy Observatory (AUI / NRAO) a National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ). APEX, spoluprácu medzi Inštitútom Maxa Plancka pre rádiovú astronómiu (Nemecko), vesmírnym observatóriom Onsala (Švédsko) a ESO, prevádzkuje ESO. 30-metrový ďalekohľad prevádzkuje IRAM (partnerské organizácie IRAM sú MPG [Nemecko], CNRS [Francúzsko] a IGN [Španielsko]). JCMT prevádzkuje Východoázijské observatórium v mene Národného astronomického observatória Japonska; ASIAA; KASI; Thajský národný astronomický výskumný ústav; Centrum pre astronomickú megavedu a organizácie v Spojenom kráľovstve a Kanade. LMT prevádzkuje INAOE a UMass, SMA prevádzkuje Centrum astrofyziky | Harvard & Smithsonian a ASIAA a UArizona SMT prevádzkuje University of Arizona. SPT prevádzkuje University of Chicago so špecializovaným prístrojovým vybavením EHT, ktoré poskytuje University of Arizona.
Grónsky ďalekohľad (GLT) prevádzkuje ASIAA a Smithsonian Astrophysical Observatory (SAO). GLT je súčasťou projektu ALMA-Taiwan a čiastočne ho podporujú Academia Sinica (AS) a MOST. NOEMA prevádzkuje IRAM a 12-metrový ďalekohľad UArizona na Kitt Peak prevádzkuje University of Arizona.

[2] Výsledky predchádzajúcich pozorovaní Sgr A * poskytujú dôležité pozadie pre interpretáciu práve publikovanej nahrávky. Jasný, kompaktný rádiový zdroj v strede Mliečnej dráhy smerom k Strelcovi poznajú astronómovia už od 70. rokov 20. storočia. Skupina výskumníkov vedená Reinhardom Genzelom (riaditeľom Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physics v Garchingu) a Andreou M. Ghezovou (profesorkou Ústavu fyziky a astronómie na Kalifornskej univerzite v Los Angeles) pohyb hviezd najbližšie k stredu našej galaxie za tridsať rokov, že na základe hmotnosti a hustoty centrálneho nebeského telesa ide s najväčšou pravdepodobnosťou o superhmotnú čiernu dieru. Na tento výskum výskumníci použili nástroje ESO, vrátane Very Large Telescope a jeho Very Large Telescope Interferometer, ako aj prístroje Keck Observatory, a za svoje vedecké úspechy získali v roku 2020 Nobelovu cenu za fyziku.

[3] Čierne diery sú jediné známe nebeské telesá, ktorých veľkosť sa zväčšuje priamo úmerne k ich hmotnosti. Tisíckrát menší polomer čiernej diery je tisíckrát menší.


——————-
More information

This research was presented in six papers published today in The Astrophysical Journal Letters.

The EHT collaboration involves more than 300 researchers from Africa, Asia, Europe, North and South America. The international collaboration aims to capture the most detailed black hole images ever obtained by creating a virtual Earth-sized telescope. Supported by considerable international efforts, the EHT links existing telescopes using novel techniques — creating a fundamentally new instrument with the highest angular resolving power that has yet been achieved.

The EHT consortium consists of 13 stakeholder institutes; the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics, the University of Arizona, the Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, the University of Chicago, the East Asian Observatory, Goethe-Universitaet Frankfurt, Institut de Radioastronomie Millimétrique, Large Millimeter Telescope, Max Planck Institute for Radio Astronomy, MIT Haystack Observatory, National Astronomical Observatory of Japan, Perimeter Institute for Theoretical Physics, and Radboud University.

The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), an international astronomy facility, is a partnership of ESO, the U.S. National Science Foundation (NSF) and the National Institutes of Natural Sciences (NINS) of Japan in cooperation with the Republic of Chile. ALMA is funded by ESO on behalf of its Member States, by NSF in cooperation with the National Research Council of Canada (NRC) and the Ministry of Science and Technology (MOST) and by NINS in cooperation with the Academia Sinica (AS) in Taiwan and the Korea Astronomy and Space Science Institute (KASI). ALMA construction and operations are led by ESO on behalf of its Member States; by the National Radio Astronomy Observatory (NRAO), managed by Associated Universities, Inc. (AUI), on behalf of North America; and by the National Astronomical Observatory of Japan (NAOJ) on behalf of East Asia. The Joint ALMA Observatory (JAO) provides the unified leadership and management of the construction, commissioning and operation of ALMA.

APEX, Atacama Pathfinder EXperiment, is a 12-metre diameter telescope, operating at millimetre and submillimetre wavelengths — between infrared light and radio waves. ESO operates APEX at one of the highest observatory sites on Earth, at an elevation of 5100 metres, high on the Chajnantor plateau in Chile’s Atacama region. The telescope is a collaboration between the Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), the Onsala Space Observatory (OSO), and ESO.

The European Southern Observatory (ESO) enables scientists worldwide to discover the secrets of the Universe for the benefit of all. We design, build and operate world-class observatories on the ground — which astronomers use to tackle exciting questions and spread the fascination of astronomy — and promote international collaboration in astronomy. Established as an intergovernmental organisation in 1962, today ESO is supported by 16 Member States (Austria, Belgium, the Czech Republic, Denmark, France, Finland, Germany, Ireland, Italy, the Netherlands, Poland, Portugal, Spain, Sweden, Switzerland and the United Kingdom), along with the host state of Chile and with Australia as a Strategic Partner. ESO’s headquarters and its visitor centre and planetarium, the ESO Supernova, are located close to Munich in Germany, while the Chilean Atacama Desert, a marvellous place with unique conditions to observe the sky, hosts our telescopes. ESO operates three observing sites: La Silla, Paranal and Chajnantor. At Paranal, ESO operates the Very Large Telescope and its Very Large Telescope Interferometer, as well as two survey telescopes, VISTA working in the infrared and the visible-light VLT Survey Telescope. Also at Paranal ESO will host and operate the Cherenkov Telescope Array South, the world’s largest and most sensitive gamma-ray observatory. Together with international partners, ESO operates APEX and ALMA on Chajnantor, two facilities that observe the skies in the millimetre and submillimetre range. At Cerro Armazones, near Paranal, we are building “the world’s biggest eye on the sky” — ESO’s Extremely Large Telescope. From our offices in Santiago, Chile we support our operations in the country and engage with Chilean partners and society.

Contacts

Geoffrey Bower
EHT Project Scientist, Institute of Astronomy and Astrophysics, Academic Sinica, Taipei and University of Hawaiʻi at Mānoa, US
Tel: +1-808-961-2945
Email: gbower@asiaa.sinica.edu.tw

Huib Jan van Langevelde
EHT Project Director, JIVE and University of Leiden
Leiden, The Netherlands
Tel: +31-521-596515
Email: huib.van.langevelde@me.com

Bárbara Ferreira
ESO Media Manager
Garching bei München, Germany
Tel: +49 89 3200 6670
Cell: +49 151 241 664 00
Email: press@eso.org

——————–

Pôvodný článok: https://www.eso.org/public/news/eso2208-eht-mw/

 

ESO*lar