Астрономы выделили фотонное кольцо возле черной дыры М87
Когда в 2019 году ученые обнародовали первое историческое изображение черной дыры, на котором изображено темное ядро, окруженное огненной аурой падающего на него материала, они полагали, что из полученных данных можно извлечь больше информации.
Моделирование предсказывало, что за бликами рассеянного оранжевого свечения должно скрываться тонкое яркое кольцо света, созданное фотонами, отброшенными вокруг задней части черной дыры ее сильной гравитацией.
Теперь группа исследователей во главе с астрофизиком Эйвери Бродериком использовала сложные алгоритмы визуализации, чтобы по существу «переделать» исходные изображения сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87.
«Мы выключили прожектор, чтобы увидеть светлячков», — говорит Эйвери Бродерик. «Мы смогли сделать кое-что серьезное — определить фундаментальную сигнатуру гравитации вокруг черной дыры».
По словам ученых, «отслаивая» элементы изображения, «окружающая среда вокруг черной дыры может быть четко видна».
Для этого исследователи использовали новый алгоритм визуализации в рамках аналитической структуры THEMIS телескопа Event Horizon Telescope (EHT), чтобы изолировать и извлечь отчетливое кольцо из первоначальных наблюдений черной дыры M87.
Выводы исследователей подтверждают теоретические предсказания и предлагают новые способы изучения этих загадочных объектов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик.
M87 находится примерно в 55 миллионах световых лет от Земли
Телескоп Event Horizon получил изображения центральной области M87, на которых видно асимметричное кольцо радиоизлучения, окружающее темный объект. Центральным объектом является тень черной дыры, которая примерно в пять раз больше самой черной дыры. Черная дыра в шесть с половиной миллиардов раз больше массы Солнца и имеет диаметр 38 миллиардов километров. Гравитационное поле черной дыры настолько сильное, что даже свет не может покинуть ее. Кольцо ярче с одной стороны, потому что черная дыра вращается, и поэтому излучение материала на стороне черной дыры, обращенной к Земле, усиливается эффектом Доплера. (Граница черной дыры — горизонт событий, от которого EHT получил свое название, — примерно в 2,5 раза меньше тени, которую отбрасывает черная дыра)
Черные дыры долгое время считались невидимыми, пока ученые не получили изображения с помощью глобальной сети телескопов EHT. Использование восьми обсерваторий на четырех континентах, направленных на одно и то же место в небе и связанных друг с другом с наносекундной синхронизацией позволило ученым EHT наблюдали две черные дыры в 2017 году.
Коллаборация EHT впервые показала сверхмассивную черную дыру в M87 в 2019 году, а затем в 2022 году — сравнительно небольшую черную дыру в центре нашей собственной галактики Млечный Путь, называемую Стрельцом A* (или Sgr A*).
Сверхмассивные черные дыры занимают центры большинства галактик, упаковывая невероятное количество массы и энергии в небольшое пространство. Черная дыра M87, например, в два квадриллиона раз массивнее Земли.
Представленное учеными изображение M87 в 2019 году стало важной вехой, но исследователи чувствовали, что могут сделать изображение более четким и получить новые идеи.
Они применили новые программные методы для восстановления исходных данных 2017 года в поисках явлений, которые, как предсказывали теории и модели, скрывались под поверхностью. На новом полученном изображении показано фотонное кольцо, состоящее из ряда все более четких подколец, которые команда затем наложила друг на друга, чтобы получить полное изображение.
«Подход, который мы использовали, заключался в использовании нашего теоретического понимания того, как выглядят эти черные дыры, для создания индивидуальной модели для данных EHT», — говорят ученые. «Эта модель разбивает реконструированное изображение на две наиболее важные для нас части, поэтому мы можем изучать обе части по отдельности, а не смешивать их вместе».
Выводы исследователей были опубликованы в The Astrophysical Journal.