Новое поколение снимков черных дыр поможет лучше понять гравитацию

Традиционно, для объяснения гравитации, используется общая теория относительности Альберта Эйнштейна, однако физики продолжают искать ей альтернативу. Все дело в том, что существующие знания не могут объединить гравитацию с квантовой механикой и объяснить природу темной материи. Это породило множество альтернативных гипотез гравитации, которые в обычных условиях почти неотличимы от теории Эйнштейна. Однако экстремальные условия вблизи горизонта событий черной дыры, где искривление пространства-времени достигает максимума, могут усиливать эти тонкие различия, делая их потенциально видимыми.

Группа физиков из Шанхайского университета Цзяотун и ЦЕРНа предположила, что следующее поколение телескопов, таких как усовершенствованный Телескоп горизонта событий или его космический аналог, смогут уловить эти различия и отсеять некоторые альтернативные теории. Ключом к разгадке могут стать фотонные кольца – серия вложенных друг в друга светящихся структур вокруг черной дыры. Они образуются, когда фотоны совершают пол-оборота, один полный оборот или даже несколько оборотов вокруг дыры, прежде чем уйти в сторону наблюдателя. Точная форма, размер и яркость этих колец позволяют изучать поведение гравитации в условиях чудовищной, но стационарной кривизны пространства-времени.

Поскольку предложенных альтернативных теорий гравитации большое количество, ученые использовали для их проверки универсальную параметрическую модель, не привязанную к конкретной гипотезе. Полученные результаты напоминали изображения, полученные Телескопом горизонта событий – яркое кольцо с существенной асимметрией, у которого одна сторона значительно ярче из-за вращения черной дыры.

Различия между моделями были хоть и небольшими, но вполне определенными. Теоретически, признаки альтернативной гравитации в изображениях черных дыр действительно существуют, однако они настолько незначительные, что обнаружить их будет чрезвычайно сложно, заключили авторы работы. 

Вероятно, помочь в этом смогут телескопы следующего поколения – причем потребуются не единичные снимки, а многолетние наблюдения и сбор огромных массивов данных. Однако для уверенного «отсеивания» теорий одних только изображений в обычном диапазоне длин волн, скорее всего, будет недостаточно. Потребуется привлечение дополнительной информации, такой как поляризационные или спектральные карты. 

Ранее астрономы наблюдали самую мощную вспышку, когда-либо замеченную у черной дыры. Событие произошло в галактике на расстоянии 10 млрд световых лет от Земли и оказалось в 30 раз ярче любого предыдущего подобного явления. 

Фото EHT Collaboration