Знаменитая улыбка чёрной дыры меняется

Знаменитое изображение чёрной дыры, опубликованное в 2019 году.

Знаменитое изображение чёрной дыры, опубликованное в 2019 году.
Иллюстрация EHT Collaboration.

Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. Недостаток данных до 2017 года восполнен моделированием. Внизу схема сети EHT на соответствующий год. Перевод Вести.Ru.

Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. Недостаток данных до 2017 года восполнен моделированием. Внизу схема сети EHT на соответствующий год. Перевод Вести.Ru.
Иллюстрация M. Wielgus, D. Pesce, EHT Collaboration.

Знаменитое изображение чёрной дыры, опубликованное в 2019 году.
Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. Недостаток данных до 2017 года восполнен моделированием. Внизу схема сети EHT на соответствующий год. Перевод Вести.Ru.

В 2019 году астрономы опубликовали первое изображение чёрной дыры. Многим оно напомнило улыбку. Теперь учёные неожиданно обнаружили, что эта улыбка меняется со временем. Это первый шанс увидеть в динамике, что происходит у самой поверхности чёрной дыры.

Открытие описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.

Вести.Ru подробно рассказывали об историческом достижении – получении первого изображения чёрной дыры. Это был портрет сверхмассивной чёрной дыры М87*, угнездившейся в центре галактики М87. Он был построен по данным, полученным в течение одной недели в апреле 2017 года.

Наблюдения выполнялись системой радиотелескопов "Телескоп горизонта событий", или Event Horizon Telescope (EHT). В 2017 году она насчитывала восемь инструментов, расположенных в Испании, Чили, США и Антарктиде.

Система из телескопов, разделённых тысячами километров, может разглядеть такие же тонкие детали, как один инструмент с тысячекилометровым зеркалом. Будь EHT оптическим телескопом, в него можно было бы следить за бильярдной партией на Луне.

При этом полнота наблюдательных данных сильно зависит от того, сколько инструментов включено в систему. Чем больше в сети антенн, находящихся на разных расстояниях и в разных направлениях друг относительно друга, тем лучше она имитирует один гигантский телескоп.

Система EHT выполнила первые наблюдения М87* ещё в 2009 году, но тогда в ней было слишком мало телескопов. Но постепенно в проект включались всё новые инструменты. Наконец, собираемые данные стали достаточно подробными, чтобы астрономы смогли получить полноценное изображение.

Добившись этого выдающегося результата, учёные решили изучить изменения, происходившие с чёрной дырой.

Когда знаешь, что искать, найти нужный объект проще. Так изображение, полученное по наблюдениям 2017 года, помогло учёным проанализировать архивные данные за 2009 и 2011–2013 годы. Они недостаточно полны, чтобы построить ещё один портрет чёрной дыры, но всё же могут кое-что сказать о том, как она выглядела в прошедшие годы.

На изображении, опубликованном в 2019 году, можно видеть светящееся кольцо. Это излучение вещества, падающего в чёрную дыру. В кольце особенно выделяется своей яркостью нижний участок в форме полумесяца или улыбки. Это регион, где поток падающей в М87* материи особенно силён.

В центре кольца "света" (на самом деле радиоволн) находится чёрный круг. Этот так называемая тень чёрной дыры, возникающая из-за воздействия её гравитации на излучение. В самом сердце этой тени находится М87* собственной персоной.

Члены коллаборации EHT извлекли из архивных данных основные детали изображения, в частности, его размер и положение яркого участка. Как и ожидалось, размер изображения остался прежним, ведь он определяется массой чёрной дыры. А вот "улыбка" неожиданно сместилась в сторону.

Изображения чёрной дыры в центре галактики М87 по данным разных лет. Недостаток данных до 2017 года восполнен моделированием. Внизу схема сети EHT на соответствующий год. Перевод Вести.Ru.

Иными словами, рядом с чёрной дырой что-то происходит. Поток падающего на неё вещества бурлит и меняется. Участок, где это падение происходит самыми впечатляющими темпами, похоже, вращается вокруг "хозяйки". Это показано на приведённой ниже анимации.

"Эти эксперименты с ранним EHT предоставляют нам кладезь долгосрочных наблюдений, с которыми нынешний EHT, даже с его замечательными возможностями визуализации, не может сравниться, – утверждает основатель EHT Шеп Доулман (Shep Doeleman). – Когда мы впервые измерили размер [чёрной дыры в центре галактики] M87 в 2009 году, мы не могли предвидеть, что это даст нам первое представление о динамике чёрной дыры. Ничто не заменит наличие данных за десятилетие, если мы хотим увидеть, как чёрная дыра эволюционирует в течение десятилетия".

Новые данные проливают свет на то, как материя падает в чёрную дыру. Возможно, они помогут понять и загадочный механизм рождения джетов – струй вещества, выбрасываемых из её окрестностей. Кроме того, дотошные физики смогут новыми способами проверить общую теорию относительности.

К слову, в 2018 году к системе EHT присоединился ещё один телескоп, на этот раз расположенный в Гренландии. Команда проекта уже начала обработку данных, полученных с помощью обновлённой сети. Ожидается, что в 2021 году в систему будут включены ещё два инструмента. Так что мы сможем узнать новые удивительные подробности процессов, происходящих у самой поверхности чёрной дыры.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о том, как астрономы "заглянули в рот" сверхмассивному монстру в центре Млечного Пути. А ещё учёные увидели, как свет падает обратно к чёрной дыре.