Вокруг темных бездн черных дыр формируется тонкий, светящийся диск, состоящий из фотонов, которые на короткое время оказываются на орбите в непосредственной близости от края. Специалисты полагают, что в скором времени им удастся наблюдать эти диски и детально изучить их строение.
Почти год назад астрономы продемонстрировали первый в истории снимок окрестностей черной дыры. Героиней теперь уже знаменитого портрета стала сверхмассивная дыра M87* в центре далекой галактики M 87, расположенной более чем в 50 миллионах световых лет, а ключевым автором — глобальная сеть радиотелескопов EHT. Полученная тогда картина подтвердила многие теоретические представления о происходящем с черными дырами и стала мировой сенсацией.
Команда ученых под руководством Майкла Джонсона из Смитсоновской астрофизической обсерватории опубликовала результаты нового анализа данных EHT. В исследовании, проведенном с целью уточнить портрет M87*, удалось обнаружить ряды световых колец вокруг центральной сингулярности черной дыры.
Информация о данном исследовании публикуется в статье, опубликованной в журнале Science Advances.
Черная дыра – это область пространства с огромной гравитацией. Ее центром является горизонт событий, из которого даже фотоны, распространяющиеся со скоростью света, не могут вырваться. Частицы, проходящие на некотором удалении от черной дыры, изменяют свою траекторию, а те, что приближаются к ней, могут совершить один или несколько оборотов, прежде чем вырвутся и продолжат движение. Они образуют фотонную сферу, где они задерживаются на короткое время, после чего одни покидают это место, а другие «исчезают» в глубине черной дыры.
Полученное изображение EHT не обладает достаточной четкостью для визуализации фотонной сферы. В теории она должна проявляться в виде слабого светлого кольца, расположенного у внутренней границы аккреционного диска. Однако, согласно теоретическим расчетам, структура фотонной сферы значительно сложнее. При достаточно высоком разрешении она должна представлять собой ряд плотно расположенных колец, вложенных одно в другое, причем кольца, находящиеся дальше от центра, будут казаться более размытыми.
Видимость подобных «фотонных колец» пролила бы свет на размеры, массу и вращение их черной дыры.
Команда Джонсона смоделировала такую картинку для M87*, опираясь на реальные наблюдательные данные и теоретические расчеты. Астрономы получили новые математические инструменты для анализа наблюдений черных дыр, которые вскоре позволят рассмотреть такие объекты с еще большей четкостью.
В комментариях для пресс-службы Смитсоновской обсерватории Джонсон добавил, что для массива телескопов — радиоинтерферометра — эти вложенные кольца должны быть легко различимы. «Достаточно добавить к EHT еще один космический телескоп, и этого будет достаточно», — сказал ученый.