У квітні 2019 року історія співпраці телескопа «Горизонт подій» увійшла в історію, коли він опублікував перше зображення чорної діри, коли-небудь зроблене. Це досягнення було десятиліттям у створенні та викликало міжнародний медіа-цирк. Картина стала результатом методики, відомої як інтерферометрія, де обсерваторії по всьому світу поєднували світло зі своїх телескопів, щоб створити складене зображення.
Це зображення показало те, що астрофізики давно прогнозували, що екстремальне гравітаційне згинання спричиняє падіння фотонів навколо горизонту подій, сприяючи яскравим кільцям, що їх оточують. Минулого тижня, 18 березня, команда дослідників Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики (CfA) оголосила про нові дослідження, які показують, як зображення чорних дір можуть виявити складну підструктуру всередині них.
Дослідження, яке описує їх результати, під назвою "Універсальні інтерферометричні підписи фотонного кільця чорної діри", нещодавно з'явилося в журналі Наукові досягнення. Команду очолював Майкл Джонсон, астрофізик з CfA, і спонукав членів Гарвардської ініціативи "Чорна діра" (BHI), Національної лабораторії Лос-Аламоса, Центру теоретичної науки Принстона та багатьох університетів.
Як пояснив Джонсон в недавньому прес-релізі CfA:
“Зображення чорної діри насправді містить вкладені серії кілець. Кожне наступне кільце має приблизно однаковий діаметр, але стає все більш гострим, оскільки його світло обертається чорною дірою більше разів, перш ніж потрапити до спостерігача. З поточним зображенням EHT ми побачили лише повну складність, яка повинна з’явитися у зображенні будь-якої чорної діри ».
Як говорить нам закон загальної відносності, гравітаційні поля змінюють кривизну простору і часу. У випадку з чорною дірою ефект надзвичайний і викликає навіть світло (фотони) навколо них. Ці фотони кидають тінь на яскраве кільце падаючого газу і пилу, яке прискорюється до релятивістських швидкостей силою тяжіння чорної діри.
Навколо цієї затіненої області розташоване «фотонне кільце», що утворюється з фотонів, сконцентрованих сильною гравітацією біля чорної діри. Це кільце може багато розповісти астрономам про чорну діру, оскільки її розміри та форма виявляють масу та обертання (т.зв. "віджимання") чорної діри. Через зображення EHT, дослідники чорних дір тепер мають інструмент для вивчення чорних дір.
Починаючи з 1950-х років, астрономи багато дізналися про них, вивчаючи вплив, який вони надають на навколишнє їх середовище. Іншими словами, вивчення чорних дір носить опосередкований та теоретичний характер. Але маючи можливість фотографувати ці небесні об'єкти, астрономи можуть нарешті вивчити їх безпосередньо та отримати реальних даних.
Джордж Вонг, аспірант фізики в університеті Іллінойсу в Урбана-Шампань, відповідав за розробку програмного забезпечення для створення імітованих зображень із чорної діри. Це програмне забезпечення дозволило обчислювати зображення, які на сьогодні були найвищою роздільною здатністю, і дозволило їх команді розкласти їх на передбачувану серію під-зображень. Як Вонг вказав:
«Об’єднання експертів з різних галузей дозволило нам по-справжньому пов’язати теоретичне розуміння фотонного кільця з тим, що можливо за допомогою спостереження. Що почалося як класичні обчислення з олівців і паперу, спонукало нас до того, щоб підняти симуляції до нових меж ».
Однак, що особливо здивувало дослідників, це те, як виявлена на чорній дірі підструктура створює нові можливості для дослідження. Незважаючи на те, що виявлені ними маточки звичайно невидимі неозброєним оком на зображеннях, вони видають дуже чіткі сигнали, коли їх спостерігають масиви телескопів за допомогою інтерферометрії.
Це представляє астрономам порівняно простий спосіб розширити роботу, яку проводили до цього часу співпраця EHT. "Хоча для зйомки зображень чорної діри зазвичай потрібні багато розповсюджені телескопи, підшкірники ідеально підходять для вивчення, використовуючи лише два телескопи, які дуже далеко один від одного", - сказав Джонсон. "Додавання одного космічного телескопа до EHT було б достатньо".
В останні роки сфери астрономії та астрофізики зазнали численних революцій. Між першими в історії спостереженнями міжзоряних об'єктів, підтвердженням гравітаційних хвиль і першими прямими спостереженнями чорної діри. Ці перші можливості дали можливість дослідження, яке обіцяє розблокувати ряд постійних загадок про космос.
Дослідження команди стали частково можливими завдяки грантам НАСА, Національному науковому фонду (NSF), Міністерству енергетики (Міністерству енергетики) та багатьом науково-дослідним фондам.
