Первое изображение фотонного кольца M87*

Команда Эвери Бродерика (Институт теоретической физики Периметр, Канада) впервые сделала видимым фотонное кольцо черной дыры. Это явление, предсказанное больше века назад Альбертом Эйнштейном, происходит, когда свет не только преломляется гравитацией черной дыры, но и захватывается. Сразу за горизонтом событий эти захваченные фотоны образуют узкую зону, в которой они вращаются в течение длительного времени.

Чем старше фотоны, тем ближе они подходят к горизонту событий. Это образует узкое световое кольцо, разделенное на концентрические подкольца — своего рода капсулу времени для древнего света. Астрофизики уже более подробно исследовали это явление на моделях, но фотонное кольцо еще никто не видел. Предполагалось, что для этого будет недостаточно даже огромного разрешения массива телескопов Event Horizon.

Но команде Бродерика, повторно проанализировавшей данные черной дыры M87*, записанные телескопом Event Horizon, команде удалось сделать это кольцо видимым. Астрономы смогли отличить и изолировать излучение фотонного кольца от остального рассеянного света.

«Мы как бы выключили фары, чтобы увидеть светлячков».
Эвери Бродерик

Однако этот «светлячок» — самая яркая часть фотонного кольца — имеет толщину всего около одной микросекунды дуги, что намного ниже номинального разрешения EHT, составляющего около 20 микросекунд дуги.

«Но даже если мы не можем сразу увидеть толщину кольца, визуальные данные должны показать ожидаемый диаметр этого кольца около 40 угловых секунд».
Команда Эвери Бродерика

На основе этих знаний астрофизики разработали специальный алгоритм, повторно анализирующий необработанные данные телескопа Event Horizon для этой области.

«EHT — это, по сути, цифровой инструмент, который зависит как от алгоритмов, так и от стали его антенн».
Эвери Бродерик

Это позволило команде достичь, казалось бы, невозможного: они смогли идентифицировать сравнительно слабый свет от тонкого фотонного кольца в наборах данных черной дыры M87* за четыре разных дня наблюдений. В результате появились первые изображения ее фотонного кольца.

«Наблюдения EHT за излучением на горизонте событий M87* подтверждают наличие узкого светового кольца».
Команда Эвери Бродерика

Его излучение исходит в основном от самого внешнего и самого яркого из концентрических подколец.

«Этим мы сделали кое-что важное — вокруг черной дыры мы обнаружили фундаментальную сигнатуру гравитации».
Эвери Бродерик

Четыре изображения фотонного кольца не только соответствуют ожиданиям теоретических предсказаний размера и внешнего вида, но показывают временное развитие: более темное пятно в фотонном кольце меняет свое положение и яркость в течение периода наблюдения. Команда предполагает, что здесь можно увидеть «след» струи частиц и лучей M87*.

«Но еще важнее то, что не меняется: узкое фотонное кольцо не показывает каких-либо существенных изменений своих размеров».
Команда Эвери Бродерика

Размер кольца определяется гравитацией черной дыры, а она не меняется так быстро. По данным измерений фотонное кольцо имеет диаметр 43,48 микросекунд дуги. Это также помогает еще больше сузить размер горизонта событий.

Основываясь на этом значении, астрономы также смогли определить массу черной дыры более точно, чем это было возможно ранее. У центральной черной дыры М87 масса равна 7,13 миллиардам солнечных.

Теперь Бродерик и его коллеги надеются собрать и визуализировать еще больше информации о черной дыре M87* в будущих наблюдениях.

Источник информации и фото: scinexx.de