Дългата, старателна работа на учени от цял свят е създала първото пряко изображение на хоризонта на събитията на черна дупка, свръхмасивно чудовище, наречено M87.
Това изображение потвърди много от нашите идеи за черните дупки.
Но науката не спря, когато се появи фотографията. Учените са извършили изчисления въз основа на наученото за M87, съчетано с общата теория на относителността, за да предскажат допълнително как един ден ще видим тези обекти в детайли.
Черните дупки са невероятно гравитационно интензивни. Те не само са толкова масивни, че дори скоростта на светлината е твърде бавна, за да се избегне гравитационното привличане, те също така огъват пътя на светлината около тях, отвъд хоризонта на събитията.
Ако преминаващият фотон се приближи твърде близо, той ще бъде в орбита около черната дупка. Това създава така наречения „фотонен пръстен“ или „фотонна сфера“, перфектен пръстен от светлина, който се предвижда да обгради черната дупка по вътрешния ръб на акреционния диск, но извън хоризонта на събитията.
Известен е и като най-стабилната вътрешна орбита и можете да го видите на изображението по-долу, създадено от астрофизика Жан-Пиер Лумине през 1978 година.
(Жан-Пиер Лумине)
Моделите на околната среда на черната дупка предполагат, че фотонният пръстен трябва да създаде сложна подструктура, съставена от безкрайни пръстени светлина – малко като ефекта, който виждате в безкрайно огледало.
„Образът на черна дупка всъщност съдържа вложени поредици от пръстени“, обясни астрофизикът Майкъл Джонсън от Харвард-Смитсоновия център за астрофизика.
„Всеки следващ пръстен има приблизително еднакъв диаметър, но става все по-„ остър “, тъй като светлината му обикаля няколко пъти около черната дупка, преди да достигне до наблюдателя.“
(Телескоп за хоризонта на събития)
На тази историческа първа снимка на M87 (горе) виждаме акреционния диск – светещо оранжево-златно парче. Черната част в центъра е сянката на черната дупка. Всъщност не можем да видим фотонната сфера, тъй като разделителната способност не е достатъчно висока, за да се различи, но тя трябва да бъде позиционирана по ръба на сянката на черната дупка.
Ако можехме да го видим, тогава този пръстен ще ни разкаже много важни неща за черна дупка. Размерът на пръстена може да ни каже масата, размера и скоростта на черна дупка. Можем да ги идентифицираме от акреционния диск, но фотонният пръстен ще ни позволи допълнително да ограничим данните за по-точни измервания.
„Всеки пръстен се състои от фотони, обективирани върху екрана на наблюдателя, след като са събрани от фотонна обвивка от всяка точка на Вселената“, пишат изследователите в своя доклад.
Следователно, в идеализирана среда без поглъщане, всеки пръстен съдържа отделно експоненциално изкривено изображение на цялата Вселена, като всеки следващ пръстен улавя видимата вселена. Заедно комплектът е подобен на филмови кадри, които улавят историята на видимата Вселена, гледана от черна дупка. '
Така че Джонсън и неговият екип използваха симулации, за да определят дали фотонните пръстени могат да бъдат открити при бъдещи наблюдения. Те откриха, че това може да се направи, макар че няма да е лесно.
Изстрелът на M87 беше подвиг на изобретателност и сътрудничество. Телескопите по целия свят са работили заедно, за да създадат много дълъг основен интерферометър, наречен телескоп на хоризонта на събитията, където точните разстояния и времеви разлики между телескопите в решетката могат да бъдат изчислени, за да се слепят техните наблюдения. Това е – с много, много прости думи – като да имаш един телескоп с размерите на Земята.
„Това, което наистина ни изненада, е, че вложените пръстени са почти невидими с невъоръжено око в изображения – дори в перфектни изображения – но те са силни и ясни сигнали за масиви от телескопи, наречени интерферометри“, каза Джонсън.
Изследването е публикувано в списанието Science Advances.
Източници: Снимка: Фотони в орбита около черна дупка. (Никол Р. Фулър / NSF)
