Астрономы нашли способ увидеть тонкие световые кольца вокруг далеких черных дыр

Почти год назад астрономы продемонстрировали первый в истории снимок окрестностей черной дыры. Героиней теперь уже знаменитого портрета стала сверхмассивная дыра M87* в центре далекой галактики M 87, расположенной более чем в 50 миллионах световых лет, а ключевым автором — глобальная сеть радиотелескопов EHT. Полученная тогда картина подтвердила многие теоретические представления о происходящем с черными дырами и стала мировой сенсацией.

Ну а теперь команда ученых во главе с Майклом Джонсоном (Michael Johnson) из Смитсоновской астрофизической обсерватории представила результаты нового, еще более детального анализа собранных EHT данных. На уточненном портрете M87* стали видны ряды световых колец, окружающих бездонную сингулярность в центре черной дыры. Подробности этой работы сообщаются в статье, опубликованной в журнале Science Advances.

Вспомним, что черная дыра — это область колоссальной гравитации, центр которой (горизонт событий) не способны покинуть даже движущиеся со скоростью света фотоны. Частицы, пролетающие на приличном расстоянии от нее, отклоняются от прямой траектории, а те, что проходят поближе, могут описать один или несколько витков, прежде чем вырвутся и отправятся дальше. Они образуют фотонную сферу, где скапливаются ненадолго, после чего одни улетают прочь, а другие «проваливаются» в недра дыры.

Тот самый снимок EHT оказался недостаточно четок для того, чтобы фотонную сферу можно было увидеть. Она должна представать как тонкое светлое кольцо у внутреннего края яркого аккреционного диска. Впрочем, теория предсказывает, что структура фотонной сферы куда сложнее. При достаточном разрешении она должна выглядеть как серия тесно расположенных, вложенных друг в друга колец — чем более далеких от центра, тем более расплывчатых.

Если бы подобные «фотонные кольца» были видны, они сказали бы многое о размерах, массе и вращении своей черной дыры. Такую картинку для M87* и получила команда Джонсона, смоделировав ее на основе реальных наблюдательных данных, а также теоретических расчетов. Таким образом, астрономы получили новые математические инструменты для анализа наблюдений черных дыр — и уверены, что уже вскоре они позволят рассмотреть такие объекты в еще большем разрешении.

В комментариях для пресс-службы Смитсоновской обсерватории Джонсон добавил, что для массива телескопов — радиоинтерферометра — эти вложенные кольца должны быть легко различимы. «Достаточно добавить к EHT еще один космический телескоп, и этого будет достаточно», — сказал ученый.