Астрономы предложили способ наблюдения фотонного кольца чёрной дыры

Понимание физики сверхмассивных чёрных дыр основано на изучении данных их аккреционных дисков и джетов, которые они выбрасывают, а также на наблюдениях таких объектов, как M87* и Sag A*. Однако, учёные до сих пор не смогли запечатлеть фотонное кольцо вокруг чёрной дыры. Свежее исследование предлагает новый подход к этой задаче.

Чёрные дыры — это структуры пространства и времени, которые искривляют их. Горизонт событий чёрной дыры представляет собой поверхность, через которую свет может пройти только однажды: всё, что переходит через горизонт, остаётся внутри чёрной дыры. Кроме того, рядом с чёрной дырой есть фотонная оболочка, которая представляет собой внутренний предел устойчивых круговых орбит фотонов. Этот предел находится на расстоянии 1,5 радиуса горизонта событий.

Астрономы предложили способ наблюдения фотонного кольца чёрной дыры
EHT-изображение M87* в сравнении со смоделированным изображением её фотонного кольца.
Источник: EHT Collaboration (слева), A.E. Broderick (справа)

Горизонт событий и фотонную оболочку не удаётся наблюдать напрямую, но возможно зарегистрировать их ближайший эквивалент — фотонное кольцо, которое образуется, когда фотоны делают несколько полуоборотов вокруг чёрной дыры их пути изгибаются в сторону наблюдателя. Для обычной чёрной дыры радиус фотонного кольца составляет около 2,6 раз радиусов горизонта событий. В случае вращающейся чёрной дыры радиус фотонного кольца может отличаться, так как вращение увеличивает энергию фотонов в направлении вращения. Фотонное кольцо — самая близкая к нам структура чёрной дыры, его наблюдение может дать много информации о чёрных дырах и о гравитационной теории Эйнштейна.

На данный момент фотонное кольцо чёрной дыры M87* было распознано на данных, полученных с помощью телескопа Event Horizon Telescope (EHT), но с небольшим разрешением. Существующие возможности разрешения достигли своего предела, астрономы не могут выделить фотонное кольцо из фона с большей чёткостью. 

В связи с этим в новом исследовании астрофизики предложили задействовать массив космических радиоинтерферометров со сверхдлинной базой (VLBI), чтобы получить изображения высокого разрешения фотонного кольца M87* и других сверхмассивных чёрных дыр, таких как та, которая находится в галактике Андромеды (М31). Для этого учёные предложили разместить приёмники излучения на орбите вокруг Земли в точке Лагранжа L2. Такой телескоп смог бы получать данные с обзором, превышающим диаметр Земли.

Данное исследование является концептуальным, а реализация такого телескопа потребует значительных усилий и времени. Однако идеи, высказанные в этой работе, заслуживают внимания, так как фотонное кольцо является главной целью астрономических исследований чёрных дыр. Возможность наблюдения и изучения фотонных колец поможет преодолеть текущие ограничения и углубить понимание физики чёрных дыр и гравитации.


Источник