Agujero negro: los científicos obtienen una imagen del agujero negro en el centro de la galaxia M87

Gou Lijun, investigador del Observatorio Astronómico Nacional @ Feitian Space:

Esta imagen directa no solo nos ayuda a confirmar directamente la existencia de agujeros negros, sino también simula los datos de observación del amor. Se verificó la teoría general de la relatividad de Einstein. Durante el trabajo del Telescopio de Interfaz Visual y el posterior análisis de datos, los científicos descubrieron que la sombra del agujero negro observada coincidía casi exactamente con lo predicho por la teoría de la relatividad, lo que hizo que la gente se maravillara una vez más ante la grandeza de Einstein.

Einstein

Otro significado importante es que ahora los científicos pueden limitar la masa del agujero negro central por el tamaño de la sombra del agujero negro. Esta vez se realizó una medición independiente de la masa del agujero negro en el centro de M87. Hasta ahora, los métodos para medir con precisión la masa de un agujero negro han sido complejos.

Actualmente, debido a limitaciones como la resolución de observación y la sensibilidad, el análisis detallado de los agujeros negros aún no está completo. En el futuro, con la incorporación de más telescopios, se espera que veamos más detalles y más ricos alrededor de los agujeros negros, obteniendo así una comprensión más profunda del movimiento del gas alrededor de los agujeros negros, aclarando los mecanismos de generación y acumulación de chorros y mejorando nuestra comprensión. de comprensión y comprensión de la evolución de las galaxias

Zuo Wen (Observatorio de Shanghai):

Si quieres elegir la foto más valiosa y esperada de 2019, debe ser la foto a continuación. Esta es una fotografía de la sombra de un agujero negro supermasivo ubicado en el centro de la galaxia gigante M87, a 55 millones de años luz de distancia. También es la primera fotografía de un agujero negro tomada por humanos. Es una evidencia "visual" directa de la existencia de agujeros negros y verifica la teoría general de la relatividad de Einstein desde la perspectiva de un fuerte campo gravitacional.

Figura 1: Imagen del agujero negro supermasivo en el centro de la galaxia M87 (M87*) Como se muestra en la imagen de arriba, el 11 de abril de 2017, había un área tenue llamada "negra". "Sombra de agujero" en el centro de la imagen. Rodeado por una estructura asimétrica en forma de anillo causada por fuertes lentes gravitacionales y efectos de haz relativistas. La estructura asimétrica en forma de anillo circundante es causada por fuertes lentes gravitacionales y efectos relativistas del haz. La imagen muestra una asimetría en la parte superior (norte) y abajo (sur) debido al efecto de rotación del agujero negro.

Esta imagen fue tomada en abril de 2017, 2 años después del "desarrollo", el 10 de abril de 2019, en coordinación con la colaboración del Black Hole Event Horizon Telescope (EHT), en 6 ubicaciones alrededor del mundo.

Tomar fotografías de agujeros negros tiene tres significados científicos:

1. Obtener imágenes de la sombra de un agujero negro proporcionará evidencia "visual" directa de la existencia de un agujero negro. Los agujeros negros tienen una fuerte gravedad El objetivo principal de tomar fotografías de agujeros negros es verificar la teoría general de la relatividad en un campo gravitacional fuerte y ver si los resultados de la observación son consistentes con las predicciones teóricas.

2. Ayuda a comprender cómo los agujeros negros "comen" alimentos. La información aquí es particularmente crítica en la región de "sombra" del agujero negro, que está muy cerca de la región más interna del disco de acreción formado cuando el agujero negro traga materia. Combinando información de observaciones previas del exterior del disco de acreción, se pueden reconstruir mejor los procesos físicos.

3. Ayuda a comprender la generación y dirección de los chorros de agujeros negros. Parte del material que cae hacia el agujero negro es expulsado en la dirección de rotación del agujero negro bajo la influencia del campo magnético antes de ser absorbido. Anteriormente, la mayor parte de la información recopilada se realizaba a escalas mayores y los científicos no tenían forma de saber qué estaba sucediendo cerca de la fuente del chorro. Sería útil para los astrónomos si se pudiera fotografiar ahora la sombra oscura de un agujero negro.

Figura 2: M87 tomada por el Telescopio Espacial Hubble, los derechos de autor de la imagen pertenecen a la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA)

La imagen del agujero negro debería verse así: circular halo de sombra

Hace cien años, poco después de que se propusiera la teoría general de la relatividad de Einstein, los científicos comenzaron a explorar el fenómeno de la luz que se curva alrededor de los agujeros negros. En la década de 1970, James Bardeen, Jean-Pierre Luminet y otros calcularon imágenes de agujeros negros.

En los años 90, astrónomos como Heino Falcke propusieron por primera vez el concepto de "sombras" de agujeros negros, basándose en el programa de trazado de rayos de la relatividad general.

Esta teoría predice que bajo la influencia del fuerte campo gravitacional del agujero negro, la radiación producida por la acreción o expulsión del agujero negro es desviada por el agujero negro, de modo que el plano del cielo (la superficie perpendicular al línea de visión) es "visto" por el agujero negro "El anillo está dividido en dos: los fotones dentro del círculo límite de visión pueden ver la sombra del agujero negro siempre que estén fuera del límite de visión. Dentro del círculo límite visual, los fotones pueden escapar del agujero negro siempre que estén fuera del límite visual, pero se verán afectados por el fuerte efecto de corrimiento al rojo gravitacional y tendrán un brillo menor, mientras que los fotones fuera del círculo límite visual pueden rodear el negro; agujero muchas veces.

Figura 3: La relatividad general predice que una sombra negra aproximadamente circular estará rodeada por un círculo de fotones. El lado izquierdo del agujero negro es más brillante debido al efecto de giro. Derechos de autor de la imagen D. Psaltis y A. Broderick

Visualmente, el lado interior del límite visual es significativamente más débil y parece una sombra circular rodeada por un halo brillante. Por eso se le llama agujero negro "sombra" (sombra del agujero negro). ¿Qué tan grande es esta sombra? El diámetro de la sombra de un agujero negro suajili es 5,2 veces el diámetro del límite aparente; si el agujero negro gira rápidamente, el diámetro de la sombra también es aproximadamente 4,6 veces el radio del límite aparente; Desde este punto de vista, el tamaño del límite aparente del agujero negro está relacionado principalmente con la masa del agujero negro y tiene poco que ver con la rotación del agujero negro.

Posteriormente, más científicos realizaron una gran cantidad de estudios sobre imágenes de agujeros negros y todos predijeron la existencia de sombras de agujeros negros. Por lo tanto, las imágenes de sombras de agujeros negros proporcionan evidencia "visual" directa de la existencia de agujeros negros.

Hoy es sólo un punto de partida, y veremos más en el futuro

De hecho, los humanos hemos tenido predicciones teóricas sobre los agujeros negros durante mucho tiempo, y la tecnología VLBI no Sólo maduró en la última década. ¿Por qué no se ha tomado hasta ahora la primera fotografía de un agujero negro? Una razón importante es que para utilizar la tecnología VLBI para formar telescopios con aperturas equivalentes suficientemente grandes y una sensibilidad suficientemente alta, es necesario distribuir ampliamente por todo el mundo un número suficiente de dichos telescopios. En la última década, los avances tecnológicos, la construcción continua de nuevos radiotelescopios y su participación en el proyecto EHT, y las innovaciones algorítmicas finalmente han permitido a los astrónomos abrir una nueva ventana para el estudio de los agujeros negros y sus horizontes.

Los expertos del Observatorio de Shanghai que participaron en la observación del EHT afirmaron unánimemente que la obtención de imágenes exitosas del agujero negro M87* no es de ninguna manera el final del EHT.

Por un lado, el análisis de los resultados de la observación de M87* puede ser más profundo para obtener las propiedades del campo magnético alrededor del agujero negro, lo cual es crucial para comprender la acumulación de material alrededor del agujero negro. agujero negro y la formación de chorros.

Por otro lado, están a punto de publicarse las esperadas fotografías de Sgr A*, el agujero negro en el centro de la Vía Láctea.

El programa EHT en sí continuará "actualizándose" y se unirán más observatorios al EHT para mejorar la sensibilidad y la calidad de los datos. Esperamos ver M87* y Sgr de mayor resolución en las futuras fotografías A*. y descubre los secretos de los agujeros negros detrás de las fotografías.

En resumen, los humanos han tomado la primera fotografía de un agujero negro. ¿Puede estar muy lejos la primavera de las imágenes de agujeros negros?