RW Space

Хотя чрезвычайно сложно получить прямое изображение тени и пространства вокруг черной дыры, это не единственный инструмент, который есть в наборе астрономов.

Основываясь на многолетних наблюдениях и анализе, существует традиция визуализации черных дыр, восходящая к работам французского астронома Жан-Пьера Люмине в 1970-х годах.

Удивительно, но моделирование очень близко подошло к тому, что мы видели, когда огромная международная группа ученых наконец-то сделала прямое изображение сверхмассивной черной дыры, ныне известной M87*. Итак, мы знаем, что наши прогнозы всегда были очень точными.

Из-за задействованных интенсивных гравитационных полей все становится просто ужасно. Свет изгибается, и его интенсивность меняется в зависимости от того, в каком направлении он движется. Так что же происходит, когда есть не одна, а две черные дыры, замкнутые на взаимной орбите, каждая со своей собственной гравитацией и каждая вращается вокруг своего собственного светящегося аккреционного диска из пыли и газа?

Что ж, это может немного походить на последнюю, чрезвычайно странную визуализацию черной дыры от НАСА.

Основываясь на своей предыдущей работе по моделированию черной дыры и ее аккреционного диска, астрофизик Джереми Шнитман из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА сложил две черные дыры вместе, чтобы посмотреть, что произойдет.

«Мы видим две сверхмассивные черные дыры, большую с массой 200 миллионов Солнца и меньшую по размеру, которая весит вдвое меньше», — пояснил он.

Моделирование начинается так, как будто вы смотрите сверху вниз, как две сверхмассивные черные дыры вращаются вокруг друг друга. В центре каждой есть тень черной дыры, окруженная широким аккреционным диском.

Тонкое кольцо между внутренним краем аккреционного диска и тенью черной дыры называется фотонным кольцом, где гравитация настолько сильна, что фотоны удерживаются на стабильной орбите вокруг черной дыры. Если бы эти фотоны повернули хоть немного ближе к черной дыре, они упали бы за горизонт событий, где мы их не увидим.

По мере продолжения моделирования перспектива зрителя перемещается вниз к плоскости орбиты двух черных дыр.

Сначала симуляция очень похожа на другие симуляции, которые вы, возможно, видели, с светом диска, изогнутым сзади, чтобы сформировать ореол, и светом перед тенью черной дыры ярче, когда она движется к зрителю, и тускнеет по мере удаления. Это известно как релятивистское излучение и вызвано эффектом Доплера, при котором волны (в данном случае световые волны), по-видимому, изменяются в зависимости от направления своего движения.

Потом все становится очень странно, очень быстро.

Шнитман использовал два разных цвета для изображения двух черных дыр, потому что это упрощает их различение, поскольку гравитационные поля изгибаются и деформируются, заставляя свет перемещаться по сложным кривым путям, рассчитанным с помощью мощного суперкомпьютера. Свет каждой черной дыры становится еще более искаженным, поскольку на него влияет сила тяжести ее двойного компаньона.

Затем изображение перемещается сверху вниз с увеличенным масштабом — где путешествие вокруг фотонного кольца одной черной дыры — это вид сбоку на ее спутника. Это связано с тем, что свет изгибается на 90 градусов, а это означает, что мы получаем одновременно вид сверху вниз и искаженный вид сбоку на каждую черную дыру.

Непосредственное отображение черной дыры — это большая работа, а бинарные сверхмассивные черные дыры — редкость, поэтому мы вряд ли увидим реальную версию визуализации Шниттмана в ближайшее время, но моделирование, подобное этому, может помочь нам понять физику экстремальных условий вокруг сверхмассивных черных дыр.