Ось як виглядає фотонне коло навколо чорної діри

Вчені переобробили зображення чорної діри в центрі галактики M87, щоб показати фотони біля горизонту подій, звідки вони все ще можуть вирватися, але змушені кілька разів огинати чорну діру.

Про це повідомляють OstanniPodii.com з посиланням на пресреліз Університету Ватерлоо.

Коли вчені представили перше в історії людства зображення чорної діри у 2019 році – темне ядро, оточене вогняною аурою матеріалу, що в неї падає, – вони вважали, що з цих даних можна витягти більш багаті образи та ідеї.

Проведені симуляції передбачали, що за сяйвом розсіяного помаранчевого світіння має ховатися тонке яскраве кільце світла, створене фотонами. Зване "фотонним колом", воно знаходиться поблизу горизонту подій чорної діри та являє собою шлях, який фотони мають пройти кілька разів навколо об′єкта, перед тим як вирватися назад у навколишній простір.

Група дослідників під керівництвом астрофізика Ейвері Бродеріка використовувала складні алгоритми візуалізації, щоб по суті "переробити" оригінальні зображення надмасивної чорної діри в центрі галактики M87.

"Ми вимкнули прожектор, щоб побачити світлячків", – сказав Бродерик, асоційований викладач Інституту Периметра та Університету Ватерлоо. "Ми змогли зробити дещо змістовне – визначити фундаментальну ознаку гравітації навколо чорної діри".

По суті, шляхом "відшаровування" елементів зображення, "можна виразно розкрити довкілля чорної діри", каже співавтор Хунг-І Пу, доцент Національного педагогічного університету Тайваню.

Для досягнення цього команда скористалася новим алгоритмом візуалізації у рамках аналітичної системи Телескопа горизонту подій (EHT) під назвою THEMIS, щоб ізолювати й отримати чітку кільцеву особливість з оригінальних спостережень чорної діри M87, а також виявити відбиток потужного струменя, що виривається назовні від чорної діри.

Результати дослідження підтверджують теоретичні передбачення та пропонують нові способи вивчення цих загадкових об′єктів, які, як вважається, перебувають у центрі більшості галактик.

Чорні діри довгий час вважалися невидимими, поки вчені не виманили їх зі схованки за допомогою мережі телескопів, яка охоплює всю земну кулю, EHT. Використовуючи вісім обсерваторій на чотирьох континентах, спрямованих одночасно на одну точку на небі та пов′язаних між собою наносекундною синхронізацією, дослідники EHT спостерігали за двома чорними дірами у 2017 році.

У 2019 році колаборація EHT вперше відкрила надмасивну чорну діру в галактиці M87, а у 2022 році – порівняно невелику, але бурхливу чорну діру в центрі нашої власної галактики Чумацький Шлях під назвою Стрілець A*.

Надмасивні чорні діри займають центр більшості галактик, упаковуючи неймовірну кількість маси та енергії у невеликому просторі. Наприклад, чорна діра M87 у два квадрильйони (це двійка, за якою слідують 15 нулів) разів масивніше Землі.

Зображення M87, представлене вченими у 2019 році, було знаковим, але дослідники вважали, що вони можуть покращити зображення та отримати нові відомості, докладаючи більше розуму, а не труднощів. Вони застосували нові методи програмного забезпечення для реконструкції вихідних даних 2017 року у пошуках явищ, які, як передбачали теорії та моделі, ховаються під поверхнею. На новому, отриманому в результаті роботи знімку, зображено фотонне коло, що складається із серії дедалі чіткіших підкілець, які команда потім склала, щоб отримати повне зображення.

"Застосований нами підхід передбачав використання нашого теоретичного розуміння того, як виглядають ці чорні діри, щоб побудувати індивідуальну модель для даних EHT", – сказав Домінік Пеше, член команди, який працює в Центрі астрофізики Гарвардського університету та Смітсонівського інституту. "Ця модель розкладає відновлене зображення на дві частини, які нас найбільше цікавлять, тому ми можемо вивчати обидві частини окремо, а не змішувати їх разом".

Результат став можливим тому, що EHT – це "обчислювальний інструмент за своєю суттю", – сказав Бродерик. "Він так само залежить від алгоритмів, як і від сталі. Передові алгоритмічні розробки дозволили нам досліджувати ключові особливості зображення, поки решта відтворювалася у рідній дозвільній здатності EHT".

Результати дослідження було опубліковано у журналі The Astrophysical Journal 16 серпня.

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.