Астрономы зафиксировали подрагивание тени черной дыры

В 2019 году астрономы с помощью радиотелескопа горизонта событий – всемирного массива радиотелескопов – впервые смогли увидеть гравитационную тень черной дыры. Это удалось сделать в отношении сверхмассивной ЧД М87* в центре галактики М87. Свет от нее шел до нас 53 миллиона лет, а масса черной дыры в центре этой галактики составляет 6,5 миллиардов солнечных масс.

Тень, о которой идет речь, образуется при прохождении света от аккреционного диска вокруг черной дыры. Из-за того, что тяготение этого сверхмассивного объекта очень велико, дальняя от землян часть аккреционного диска видна слабее, а ближняя – сильнее. Кроме этого, часть «тени» может быть ярче, а часть – тусклее, в зависимости от того, насколько энергично черная дыра поглощает материю в том или иной секторе аккреционного диска.

Астрономов очень интересует процесс такого поглощения, но до сих пор его распределение по аккреционному диску вокруг черной дыры проследить не удавалось. Дело в том, что аккреционный диск – это кольцо из обычной материи от близких объектов (звезд, газа, планет), которое постепенно поглощается черной дырой. Кольцо из-за быстрого вращения вокруг ЧД сильно раскалено и обычно на телескопах видно как яркое пятно, без каких-либо деталей.

Однако Телескоп горизонта событий – это не обычный инструмент наблюдений, а целая сеть крупных радиотелескопов. Сопоставляя сигналы от каждого из них по всему земному шару, астрономы получают разрешение, сравнимое с разрешением радиотелескопа, размером с нашу планету. К тому же сверхмассивная черная дыра М87* весьма активно пожирает материю и находится не так далеко, как многие квазары. Все это вместе взятое позволяло ученым надеяться на изучение процессов в аккреционном диске с ранее немыслимой точностью.

В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal, астрономы использовали архивные наблюдения различных компонентов Телескопа горизонта событий и в результате выяснили, что на протяжении последних лет яркость различных участков ее аккреционного диска сильно колебалась. В то же время диаметр тени гравитационной дыры оставался неизменным на протяжении нескольких лет наблюдений. Последнее совпадает с предсказаниями теории относительности по поводу свойств таких объектов и в очередной раз подтверждает, что речь идет именно о черной дыре.

Но главная ценность новых данных, полученных из анализа архивов наблюдения, не в этом, а именно в том колебании интенсивности излучения от различных участков аккреционного диска. Это первый раз, когда детали падения вещества на горизонт событий черной дыры удается зафиксировать в настолько явной форме.

Исследователи надеются, что благодаря подобным наблюдениям в будущем им удастся лучше понять, как формируются так называемые релятивистские джеты – выбросы части вещества аккреционного диска в виде струй плазмы вверх и вниз от черной дыры. Последнее имеет не только теоретический интерес: такие струи 2-3 миллиона лет назад могли существовать в нашей галактике, и в теории могут возникнуть здесь вновь. Не вполне ясно, как такие события могут повлиять на ситуацию вне ядра Млечного пути.