Има безкрайни пръстени от светлина около черните дупки. Ето как можем да ги видим

Впечатление на художника от фотони, които се въртят около черна дупка. (Никол Р. Фулър/NSF)

Преди година беше създадена история. Дългата, усърдна работа на учени от цял ​​свят създадепървото директно изображение на хоризонта на събитията на черна дупка, свръхмасивно чудовище, наречено M87* на 55 милиона светлинни години. Това великолепно, златисто, размазано изображение потвърди много от идеите ни за черни дупки .

Но науката не спря, когато изображението се появи. Екип от учени вече извърши изчисления въз основа на това, което научихме от M87*, комбинирано с прогнозите на обща теория на относителността , за да предвидим допълнително как един ден можем да видим тези обекти в много по-големи подробности.

Черните дупки са невероятно интензивни гравитационно. Те не само са толкова масивни, че дори скоростта на светлината е твърде ниска, за да се постигне скорост на бягство срещу тяхното гравитационно привличане, те също огъват пътя на преминаващата светлина около тях, отвъд хоризонта на събитията.

Ако преминаващ фотон е твърде близо, той ще бъде хванат в орбита около Черна дупка . Това създава така наречения „фотонен пръстен“ или „ фотонна сфера “, перфектен пръстен от светлина, за който се предвижда да заобиколи черната дупка, вътре във вътрешния ръб на акреционния диск, но извън хоризонта на събитията.

Това също е известно като най-вътрешната стабилна орбита и можете да я видите на изображението по-долу,създаден от астрофизика Жан-Пиер Лумине през 1978 г.

(Жан-Пиер Люмине)

Моделите на обкръжението на черната дупка предполагат, че фотонният пръстен трябва да създаде сложна подструктура, състояща се от безкрайни пръстени от светлина - малко като ефекта, който виждате в безкрайно огледало .

„Изображението на черна дупка всъщност съдържа вложена поредица от пръстени,“ обясни астрофизикът Майкъл Джонсън от Харвард-Смитсонианския център по астрофизика.

„Всеки следващ пръстен има приблизително същия диаметър, но става все по-остър, защото светлината му обиколи черната дупка повече пъти, преди да достигне до наблюдателя. С текущото EHT изображение, ние успяхме само да зърнем пълната сложност, която трябва да се появи в изображението на всяка черна дупка.

(Телескоп Event Horizon)

В това историческо първо изображение на M87* (по-горе) можем да видим акреционния диск - това е светещата оранжево-златна част. Черната част в центъра е сянката на черната дупка. Всъщност не можем да видим фотонната сфера, тъй като пръстенът е много фин и разделителната способност не е достатъчно висока, за да я видим, но трябва да стои около ръба на сянката на черната дупка.

Ако ние бих могъл вижте го, този пръстен ще ни каже много важни неща за черната дупка. Размерът на пръстена може да ни каже масата, размера и въртенето на черната дупка. Можем да ги определим от акреционния диск, но фотонният пръстен ще ни позволи да ограничим допълнително данните за по-прецизно измерване.

„Всеки подпръстен се състои от фотони, насочени към екрана на наблюдателя, след като са били събрани от фотонната обвивка от всяка точка на Вселената,“ пишат изследователите в статията си .

„Следователно, в идеализирана обстановка без поглъщане, всеки подпръстен съдържа отделно, експоненциално намалено изображение на цялата Вселена, като всеки следващ подпръстен улавя видимата Вселена в по-ранен момент.

„Заедно наборът от подпръстени е подобен на кадри от филм, улавящ историята на видимата Вселена, както се вижда от черната дупка.“

И така, Джонсън и неговият екип използваха моделиране, за да определят възможността за откриване на фотонните пръстени при бъдещи наблюдения. Откриха, че може да се направи, макар че няма да е лесно.

Изобразяването на M87* беше постижение на изобретателност и сътрудничество. Телескопи от целия свят работиха заедно, за да създадат a интерферометър с много дълга базова линия наречен Event Horizon Telescope, където точните разстояния и времевите разлики между телескопите в масива могат да бъдат изчислени, за да се свържат техните наблюдения. Това е - с много, много прости думи - като да имате един телескоп с размерите на Земята.

„Това, което наистина ни изненада, беше, че макар вложените подпръстени да са почти незабележими с невъоръжено око на изображения – дори перфектни изображения – те са силни и ясни сигнали за масиви от телескопи, наречени интерферометри,“ Джонсън каза .

„Докато заснемането на изображения на черни дупки обикновено изисква много разпределени телескопи, подпръстените са идеални за изучаване само с два телескопа, които са много далеч един от друг. Добавянето на един космически телескоп към Event Horizon Telescope би било достатъчно.

(NASA/Xander89/Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

Поставянето на телескоп в ниска околоземна орбита е чудесно начало, но ще ни даде ясна снимка само на един от пръстените.

За да откриете втория подпръстен, ще трябва да отидете малко по-далеч от ниската околоземна орбита, като поставите телескоп Луната . И за третото, още по-далеч, извън Луната в стабилна позиция, създадена от гравитационното взаимодействие Слънце-Земя, наречено Точка на Лагранж , L2 в диаграмата по-горе.

Нито едно от тях не е неосъществимо. НАСА планира мисия с екипаж до Луната. И вече имаме известен брой сателити в L2. Очевидно това няма да се случи утре, но това е вълнуваща цел, към която трябва да се работи за следващото поколение на телескопа Event Horizon.

Изследването е публикувано в Научен напредък .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.