Подтверждены предсказания о фотонных кольцах вокруг чёрных дыр
Учёные использовали новый алгоритм визуализации в рамках аналитической структуры THEMIS телескопа Event Horizon Telescope (EHT), чтобы изолировать и извлечь отчетливое фотонное кольцо из первоначальных наблюдений черной дыры M87, а также обнаружить контрольный след мощного реактивного взрыва наружу из черной дыры. Выводы исследователей подтверждают теоретические предсказания и предлагают новые способы изучения этих загадочных объектов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик.
Излучение M87 теперь разделено на яркое тонкое кольцо (оранжевая цветовая карта), возникающее из-за бесконечной последовательности дополнительных изображений области излучения, и более размытое первичное изображение, созданное фотонами, которые идут прямо к Земле (в синие контуры). При просмотре с разрешением изображения телескопа горизонта событий эти два компонента сливаются вместе. Однако, отдельно ища тонкое кольцо, можно сделать вид М87 более четким, выделив отпечаток сильной гравитации. Кредит: Бродерик и др.
Когда в 2019 году ученые обнародовали первое историческое изображение черной дыры, сделанное человечеством, на котором изображено темное ядро, окруженное огненной аурой падающего на него материала, они полагали, что из данных можно извлечь еще более богатые образы и идеи.
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.
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», — сказал Бродерик, младший преподаватель Института периметра и Университета Ватерлоо. «Мы смогли сделать кое-что серьезное — определить фундаментальную сигнатуру гравитации вокруг черной дыры».
По словам соавтора Хунг-Йи Пу, доцента Национального тайваньского педагогического университета, «отслаивая» элементы изображения, «окружающая среда вокруг черной дыры может быть четко видна».
Для этого команда использовала 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, а также обнаружить контрольный след мощного реактивного взрыва наружу из черной дыры.
Выводы исследователей подтверждают теоретические предсказания и предлагают новые способы изучения этих загадочных объектов, которые, как считается, находятся в центре большинства галактик.
Черные дыры долгое время считались невидимыми, пока ученые не выманили их из укрытия 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; Исследователи EHT наблюдали две черные дыры в 2017 году.
Коллаборация EHT впервые открыла сверхмассивную черную дыру в M87 в 2019 году, а затем в 2022 году — сравнительно небольшую, но шумную 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 маленькое пространство. Черная дыра M87, например, в два квадриллиона (это двойка с 15 нулями) 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, работая умнее, а не усерднее. 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 изображено 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», — сказал Доминик Пеше, член команды из Центра астрофизики | Гарвард и Смитсоновский институт. «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».
Результат стал возможным, потому что EHT является «вычислительным инструментом по своей сути», сказал Бродерик, который возглавляет кресло Джона Арчибальда Уиллера семьи Делани в Perimeter. «Это так же зависит от алгоритмов, как и от стали. Передовые алгоритмические разработки позволили нам исследовать ключевые особенности изображения, визуализируя остальную часть в исходном разрешении EHT».
Выводы исследователей были опубликованы в The Astrophysical Journal.
