Астрономи розробили більш точний інструмент для аналізу тіней чорних дір

Учені виявили новий метод визначення розмірів "тіней" двох надмасивних чорних дір, що перебувають у процесі зіткнення. Це дало змогу астрономам отримати більш точний інструмент для вимірювання чорних дір у далеких галактиках і тестування альтернативних теорій гравітації.

Три роки тому перше в історії зображення чорної діри вразило наукову спільноту. Об'єкт був оточений кільцем світла.

Знімок чорної діри в центрі галактики Мессьє 87 став легендарним завдяки Event Horizon - глобальній мережі синхронізованих радіотелескопів, що працюють як єдиний величезний телескоп.

Чорна діра Messier 87Наразі два дослідники з Колумбійського університету придумали простіший спосіб зазирнути в безодню. Описана в Physical Review Letters та ;Physical Review D техніка візуалізації може дозволити вивчати чорні діри меншого розміру, ніж M87, тобто об'єкти з масою менше ніж 6 мільярдів мас Сонця. Також не виключається аналіз даних, отриманих від віддалених від Чумацького Шляху галактик.

Цей метод має дві основні вимоги.

Насамперед необхідна наявність пари надмасивних чорних дір на стадії злиття. По-друге, досліджувані чорні діри мають бути розглянуті під боковим кутом, коли одна чорна діра проходить перед іншою. У такій ситуації має виникнути яскравий світловий спалах, оскільки кільце далекого об'єкта, що світиться, посилюється найближчою чорною дірою. Це явище відоме як гравітаційне лінзування.

Ефект лінзування добре вивчений, проте астрономи виявили прихований сигнал - виразне зниження яскравості, що відповідає "тіні" чорної діри. Це незначне зниження яскравості може тривати від кількох годин до кількох днів, залежно від маси чорних дір і близькості їхніх орбіт.

На думку дослідників, вимірявши тривалість затемнення, можна оцінити розмір і форму тіні, яку відкидає горизонт подій - точка, з якої немає виходу, навіть для світла.

"Потрібні були роки і величезні зусилля десятків учених, щоб створити високороздільне зображення M87", - заявляє головний автор дослідження Жорді Давелаар, постдокторант Колумбійського університету і Центру обчислювальної астрофізики Інституту Флетайрон.

Даний підхід можна застосувати тільки для найбільш масивних чорних дір - пар, що знаходяться в центрі M87 і, можливо, нашого власного Чумацького Шляху.

"У нашому методі ми оцінюємо яскравість чорних дір у часі, і нам не потрібна просторова роздільна здатність кожного об'єкта. Ймовірно, такий сигнал можна виявити в безлічі галактик."

Тінь чорної діри. Сучасне уявленняТінь чорної діри є її найзагадковішою та найінформативнішою властивістю.

"Ця темна пляма повідомляє нам про розмір чорної діри, форму простору-часу навколо неї і про те, як матерія падає поблизу горизонту подій", - пояснює співавтор дослідження Золтан Хайман, професор фізики Колумбійського університету.

Тіні чорних дір також можуть містити секрети справжньої природи гравітації - однієї з основних сил нашого Всесвіту.

Теорія гравітації Ейнштейна передбачає розміри чорних дір. Тому фізики шукають їх для перевірки альтернативних теорій гравітації, намагаючись узгодити два уявлення про природу, що змагаються: загальну теорію відносності та квантову фізику.

Дослідники звернули увагу на надмасивні чорні діри, що спалахують, після того, як виявили передбачувану пару в центрі далекої галактики. Космічний телескоп НАСА "Кеплер", що здійснює пошук планет, сканував невеликі провали в яскравості, що відповідають проходженню планети перед зіркою-господарем. Однак незабаром маленькі точки були ідентифіковані як "чорні діри, що зливаються".

Згодом було розроблено математичну модель, яка породила несподівані, періодично повторювані падіння яскравості. Спочатку вчені припустили, що це помилка в кодуванні. Однак додаткова перевірка переконала їх у достовірності сигналу.

Досліджуючи фізичний механізм, вони усвідомили, що кожне зниження яскравості точно відповідає часу, необхідному одній чорній дірі для проходження біля тіні іншої чорної діри.

Наразі вчені аналізують дані інших телескопів для підтвердження фізичної реальності результатів, отриманих за допомогою "Кеплера".

Якщо підтвердження буде отримано, цей метод можна буде застосувати до інших передбачуваних пар чорних дір, що зливаються.

Написати коментар