Астрономы нашли способ разглядеть фотонное кольцо вокруг черной дыры

Сверхмассивные черные дыры — массивные гравитационные гиганты, которые могут освещать космос благодаря окружающим их квазарам или незаметно прятаться среди звезд в ядре галактики. Нынешние представления ученых о них в основном основываются на косвенных наблюдениях, таких как изучение их ярких аккреционных дисков или мощных струй плазмы, которые они испускают. Однако благодаря снимкам черных дыр M87* и Sag A* астрономы могут наблюдать их напрямую.

Тем не менее, остается одна проблема: получение прямого изображения таинственного фотонного кольца. В своей новой научной работе международная группа исследователей под руководством Бэна Хадсона из частной британской инжиниринговой компании KISPE представила вариант того, как ученые могли бы, наконец, увидеть фотонное кольцо черной дыры напрямую.

Фотонное кольцо — это тонкое кольцо света, образованное фотонами и состоящее из нескольких искаженных изображений аккреционного диска. Свет, образующий эти изображения, облетел вокруг черной дыры два, три или более раз, чтобы в конце концов исчезнуть из нашего поля зрения. Эти многократные образы диска становятся тоньше и тусклее вблизи черной дыры.

Фотонное кольцо — ближайшая наблюдаемая структура черной дыры на расстоянии, изучение которой может открыть новые данные о черных дырах и гравитационной теории Эйнштейна.

На снимках черной дыры M87*, полученных Телескопом горизонта событий (EHT), было запечатлено фотонное кольцо, однако изображение нечеткое. В некоторых исследованиях утверждалось, что ученые могут извлечь данные о фотонном кольце из фона, но это утверждение было оспорено. Основная проблема с захватом фотонного кольца заключается в том, что современные технологии работают на предельных показателях разрешения. Даже с использованием телескопов последнего поколения, все, что у нас есть — это размытые изображения черных дыр M87* и Sag A*.

Исследователи в своей работе предлагают объединить несколько космических интерферометров с очень длинной базовой линией (VLBI). Антенны можно было бы разместить на околоземной орбите или в точке Лагранжа L2 между Землей и Луной. Без помех со стороны земной атмосферы приемники могли бы улавливать радиосигнал на более коротких длинах волн, чем наземные обсерватории. Такая установка позволила бы астрономам получать изображения с высоким разрешением как M87*, так и Sag A*, и наблюдать фотонные кольца. Более того, такой телескоп мог бы предоставить изображения других сверхмассивных черных дыр, которые раньше были видны только в низком разрешении — например, в галактике Андромеды.

Авторы исследования отмечают, что на создание такой обсерватории уйдут десятилетия, и для ее строительства необходимо будет преодолеть многочисленные инженерные трудности. Тем не менее, идеи заслуживают рассмотрения, поскольку запечатлеть фотонное кольцо можно только при условии совершенствования технологий.