宇宙学

黑洞M87 *:史诗的史诗

在一个黑洞中拍照。这是天文学家的最终目标,这一目标终于在2019年以许多努力的价格达到。回到一个ête longue d’un quart de siècle.

Alain Riazuelo
本文保留用于科学用户
银河系M87的黑洞。

在你的众多假日图片中,你有né必然是陈词滥调的é d’夜空与月亮,é画布,甚至乳酸ée为幸运。小心地看着他们,滚动自己并尝试代表érer…一个黑洞。因为D.不可能’普通,拍照’un astre, c’est arriver à distinguer sa lumière, parfois trèS软弱,在天空的黑色上。金色与黑洞,c’是相反的。它不是’émet pas de lumiè重新,唯一的事情’我们可以拍照,c’是看到他的轮廓是é切在明亮的背景。但后者由黑洞为他提供ême, ou plutô听起来很环境édiat : quand l’astre avale la matière qui l’entoure, celle-ci s’以形式组织’un disque dit « d’accrétion ». Plus la matiè光盘的重新靠近黑洞,越快就会变得越快。 Mati的两个戒指è因此靠近摩擦’un à l’其他因为它们的旋转速度不同érente, ce qui échauffe la matiè到制作它的点ès lumineuse. C’是否提供了区分黑洞的辐射。结束’历史?不,因为黑洞是小物体,très petits. C’est là que résidait le défi relevé由天文学家’活动Horizo​​ n Telescope(EHT) en avril 2019.

当他没有打开他 - même, le rayon d’简单地计算了一个黑洞:三公斤è非常太阳能。因此,十个太阳能群体的典型恒星黑洞有30千米的半径ètres, ce qui est très小。来自地球,没有图像détaillée de la surface d’un astéroï这个尺寸,même situé à « seulement »几亿千万ètres, n’t有可能é在地上的卧士。和黑洞是巨大的ément plus éloignés。从我们的银河系中可能的数量数千万个黑洞,少数已知的数十几个都是à几千d’années-lumièRE,数十亿千万ètres.

摩尔écule d’eau à 30 kilomètres

有些数字说明了难度é。最常,角尺寸’un objet de rayon R situé à une distance d est donnée par la formule 2 R / d,R.ésultat étant donné在弧度。对于黑洞,公式是légè更有利。自从’un trou noir dévie la lumière, l’焦点效应对他来说ère (ou plutôt confère à它的轮廓)尺寸约为2.5倍。拿着’Cygnus X-1的例子,最多Célè恒星黑洞,第一个第一次确定é comme tel. D’它位于十个太阳能群体附近的质量é à 5 000 années-lumiè太阳的。他的直线è是角度的… 3 × 10–15 弧度,或者以单位发言és plus pratiquées dans la communauté天文学,0.6纳秒’angle (rappelons qu’on subdivise un degré en 60 minutes d’angle, elles-mêmes subdivisées en 60 secondes d’angle). Précisons que l’œil humain à une ré最佳方法的解决方案1分钟D’角度,或100亿次太多。另外,无论如何’analogie que l’on puisse considérer, un tel diamè角度很小。它对应à un unique proton à25厘米,或à une molécule d’eau à 30 kilomètres. Inaccessible !

未能看到小黑洞,让我们转向批发,超大的黑洞。他们很疯狂,因为’on n’en compte qu’只有一个由星系中的一个,它总是位于中心。但ême de ce côté,选择仍然有限é。肯定有sgr *在cœ你自己的星系。它的质量是已知的écisé因为我们可以跟随几个月后è这个月的轨迹é围绕轨道的画布。 L.’une d’特别是baptisée S-2, boucle une ré在大约十五岁的他周围努力’années. Elle fait l’objet d’从安的后续行动é1990年,天文学家能够审查écisé他的轨道,允许, 通过 des lois é表有四个如果èDohannes Bepper的钥匙é完成这个黑洞的质量à410万太阳能群众,一个数字é对于超大痉挛的黑洞,Las足够谦虚。

地方é à environ 26 000 années-lumièRe,这个黑洞占据了比天鹅座X-1更大的尺寸,尽管’encore trèS小:约50微秒’角度,表观尺寸’10厘厘的物体è这将是…在月球上。换句话说,你可以振作 - ê如果您可以从地球上辨别Neil Armstrong的脚步,请看SGR A *剪影。

实现困难é de l’entreprise, il est né做一个dé塔由法律’光学的。当发光波穿过开口时,’effet est le mê我只是为了绕过喷气机的膨胀ée d’un port : l’onde se déforme. Ce phénomè没有衍射évitable, même pour un télescope de très grande taille.

你可以做到’expérience de ces dé如果你有精美的织物窗帘,在家里训练à vos fenê非常。光源è几乎准时的原地ée à l’extérieur de la piè这个产品是一种十字架图案à la traversée du voilage, une réCarr编织的微缩é或矩形。这种十字架出现了é也在陈词滥调és astronomiques : dans un té梁孔,二次镜子是géné兰尔在初级镜子上方维持四个媒体métalliques qui déforment le front d’波浪并促进这些十字架特征的形成é关于图像的risicsès que l’objet est brillant.

昴

在PL的这个图像中éiades, le phénomène de diffraction (光线十字架) est important. D’比这更重要’对象很棒,它是dû aux limitations inhérentes à tout té莱斯科普。必须考虑到拍摄黑洞。

©NASA / R.士班

因此,光学仪器具有évitablement une ré完成解决方案。加écisément, elle est déterminée与长度的比率’onde d’observation au diamètre du télescope. C’est là que le bâT打伤。这份报告必须ê小于角度大小’在天空中的对象。观察可见场中的SGR A *,D的精细性étail né只需2公斤的单反镜子即可实现ètres de diamè成为。再次更大,因为银河中心是不透明的à la lumière visible. L’关闭红外线将是相关的,但具有长度’最小波比光的两个或三倍è可见,镜子应该être deux à trois fois plus étendu…

绕过这个é立方体就像技术一样金融,天文学家可以依靠méthode envisagée dès le début du xxe siè物理学家们是éRicans Albert Michelson和 Edward Morley : l’interférométrie. L’idée是从(tr)替换单个设备(très) grand diamè通过集合’较小的仪器,然后结合他们的lumière d’une faç我们聪明,为了Cré几乎是一个更大的仪器,它的大小将是’该区域的顺序是éparti le réseau de télescopes.

但是,工作,télescopes doivent être combinés comme s’ils étaient des éléments d’un même miroir, c’est-à-dire comme s’ils recevaient en même temps le même front d’onde. Ce n’不管可分散仪器不是案例és à地球表面。利用他们的协同作用,它是nécessaire d’introduire des mé延迟的潜在,以便完全同步信号重新ç我们。在光场中,尤其是溶液è复杂的。每个t的信号élescope sont envoyés在包含至少一个移动镜的设备上(光学台阶)à每一刻都必须在给定的位置定位自己é, avec une précision comparable à长度的’波,这里小于1微米ètre…在实践中,这种技术n’est utilisable qu’avec des télescopes séparés au plus d’一两百米è非常,s的距离épare les télescopes du vlt. européen au Chili. Au-delà,该技术不再起作用,制作’interférométrie optique inopé对于这种’observation. C’在红外场中的情况更多,因为长度为’较大的波浪,séparation des télescopes devrait être augmentéE比例也可以保持même résolution. C’是一个有点含糊的。

幸运的是,局限性’interférométrie peuvent être surmontées en observant à更大的长度’波,RE信号的组合çus par les diffé仪器更简单。但’增加长度’onde doit s’伴随着比例,距离sé讨论乐器。项目的项目’EHT. est né de cette idée, avec l’拍摄SGR A *的目的是,由于所用仪器,以来最大的天文仪器és seraient éparpillés…在地球的表面上,要么ès de 10 000 kilomètres.

全局干涉测量项目MM-VLBI阵列(黄色)和事件Horizo​​ n Telescope

T.é项目的浮雕’interféroméTrie Global MM-VLBI数组 (在黄色) 和事件Horizo​​ n Telescope (穿蓝色衣服) 是r.é整个计划都走了ète.

©eso / O. Furtak.

在这样的距离上,长度’onde d’observation peut ê比光学场更大的5000倍,C’est-à-dire 3 millimè非常,无论是在无线电波的领域。 l的概念’EHT. est d’utiliser des radiotélescopes déjà现有,并使他们在音乐会上工作à une longueur d’波甚至更小(1.3毫林è非常),不可或缺的区分é黑洞轮廓的周边的尾巴。但是D.éfi restait considéRable:有仪器位于és sur diffé大陆,没有关于干扰的问题éRER实现信号重新çus. L’idée consista à记录信号REç每个仪器,并将它们组合在一起é一旦录制的所有物理媒体récupérés sur chaque site. Dès lors, le défi并没有太多’optique que du matériel informatique. À la longueur d’onde d’观察1.3毫升è非常对应于fré230 GHz和C’est à un dé信号必须的可比较位être enregistré。大约有二十个’années,当射线天文学家有érieusement envisagé un tel défi, les vitesses d’écriture des maté然后电脑系列é大约一百次太弱,制作了’观察不可能,但我们était en droit d’espé这项技术将在十,十五,二十三年内做出可能的事情,这确实如此。

但是对于哪个ré可能的煮?只有几个乐器,’成像是不可能的。让我们说简化干扰观察éromé犯罪不允许’acquérir qu’un certain nombre d’éléments d’information sur l’图像,越来越多的数字,对的数量élescopes du réseau : un s’il y a deux té伙计,三个三té莱佛斯(我们可以做三对三对éléments pris deux à二),六个有四等。对于一些étoiles dont on connaît la forme (sphérique, é我们的旋转通风扁平),我们可以éterminer le diamètre et éventuellement l’扁平化,但是家伙ère plus.

附加信息é也能ê使用地球的旋转获得:因为仪器,固定,指向天空中的位置变化的源à想象一下这些是té沿着源区的位置不同的界面。À un instant donné, le nombre d’éléments d’收集的信息是même, mais ils diffèrent d’un instant à l’其他,允许制造’imagerie.

但是,L.’image que l’on peut espé通过这种技术制造将保持噪音ée, et ce d’这么多于数量’instruments utilisés est faible. C’est pourquoi les réseaux interféromé犯罪仍然需要最多的数量’可能的工具:27为 非常广泛的阵列 américan,66 r为réseau 阿尔玛,在智利。 L.’EHT. est à更适度的水平,使用较少’十几个网站:在欧洲,’antenne de l’彩色综利学院米林é在Pico骨骼的罪恶,在南部’Espagne, en Amé南部,包括伟大的无线电观测站 阿尔玛, 在墨西哥 宽毫米望远镜和几个天线éTatsuniennes,更不用说 詹姆斯·克劳克麦克斯韦尔望远镜 sur les îles Hawaii.

P.ôle Sud en renfort

他失踪了à ce ré桶更好地覆盖’hémisphère Sud, c’est pourquoi fut décidé d’y adjoindre celle du 南极望远镜, 如果你é au pô南。在竞选期间’2017年观察,八个网站涉及é难度é组织(有必要能够énéficier des mêmes nuits d’对每个网站的观察,强烈征求é另一方面,■最重要的是étéorologique puisque é是不可或缺的Cl条件émentes en la matière simultané在每个网站上。当然每个天文安装都有été在其他事情中选择了其有利的位置,但是bénéficier d’une fenêtre météo在米的各地有利ême temps résulte d’une coïncidence plutôt heureuse…其余的谁没有完成ètement répétée在活动期间’observation de l’année suivante.

最终,相对数字à la prise de donné给出一个小眩晕:每晚,几个小时,每个网站录制数据ées à每秒几千字节的原因,每个位寄存器é在...前面être traité ultérieurement, être accompagné de l’heure précise d’enregistrement caléE原子钟。总而言之,4 pétaoctets de donnéES(400万千兆字节)是PRécieusement sauvegardées, puis rapatriées au mê地点。这一活动’观察2017年’intéressa à两个目标:SGR A *,在我们的银河系和黑洞Gé银河系M87的蚂蚁,是最大的星系之一’univers local. Situé à 50 millions d’années-lumiè太阳,即比sgr *进一步的2,000次,它也是大规模的1500倍,所以越大的1,500倍。

在这两个黑洞中,只有m87给了ré可利用的烟雾因为SGR A *étaient brouillés par la variabilité de l’光盘的外观,mati流动的果实è在黑洞上。这些écarts dé从黑洞的质量挂起。É均为大量的1,500倍,SGR A *是一个可以变化的源é时间节省了几分钟,对M87的黑洞最差的几天(désormais baptisé M87*).

在公关结束时ès d’一年的治疗,数据é他们判决:黑洞的轮廓是é实际上在光盘d的浅色背景下切割’accrétion, légè更辉煌’un côté que de l’autre, comme on s’在那里等,自光以来ère é光盘的赌注’对我们的方法将比c更强烈ôté opposé。事实上,这种对比的衡量标准提供了有关的信息’倾向于这一点,à二十学位és.

太好了ûr, puisqu’on se trouve à la limite de ré仪器解决方案,L’image peut paraî对谁有点模糊ête les images du télescope spatial 哈勃, 但它’也是他的美丽é。她很漂亮不错é le fait qu’她被模糊而且précisément parce qu’她被模糊,签署了非凡的努力été授予达到水壶的目标é无法进入只有几个décennies.

的’image au film

L’exploit dé完成,一个可以的东西é更多未来?全部’abord étoffer le réseau d’观察,加入’其他天线,例如高原De Bure,在法国,另一个在格陵兰岛,以便’获得较少的噪音图像ée. Des observations à des longueurs d’甚至较低的波浪,在’发生0.8毫林è也是可能的,但不保证成功ès, car l’atmosphè陆地较少,透明度不那么透明à mesure que l’on s’推入Subsillim域名étrique.

另一个轨道涉及时间维度。为了’小时,磁盘D的物理’accrétion n’est qu’不完美的,并且如果变异性é磁盘是一个事实établi, nous l’已经看过,我们还不知道à quelle é它发生的时间薪水。竞选活动’未来的M87 *观察应该允许’了解更多并从第一个移动ère image… au premier film.

最后,在trè长期来看,我们可以想象再次r的ré桶,送辐射é在轨道上的衬布。 vs.’是在这种情况下的’ébauche l’活动Horizo​​ n Imager.,空间版本’EHT.。只有三个射线é地球周围的轨道卧室à des distances diffé常规,该仪器自然地将其与其他人的比赛相比从一个相比移动écanique céleste. Et l’on espère une ré一些微秒的解决方案’arc à句子,一个让r的数字êver… à condition de ré焊料一个数字é新问题èmes, à从数据量开始ées à rapatrier depuis l’空间。不可能的 ? L.’黑洞的历史有déjà montré que l’impossible d’有一天并不总是留下来。

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