Фото:
Астрофизика

Что дал науке снимок горизонта событий черной дыры

Хотя наука знает уже довольно много о черных дырах, появление первой фотографии горизонта событий стало переломным моментом в их изучении. Это открытие позволило ответить на множество вопросов и подтвердить то, что до этого оставалась недоказанным.   

Идея черных дыр восходит к 1783 году, когда кембриджский ученый Джон Мичелл осознал, что достаточно массивный объект в достаточно маленьком пространстве будет невидимым, так как не позволит свету вырваться за свои границы. Уже в начале 20-го века Карл Шварцшильд открыл точное решение уравнений Эйнштейна, предсказывающее тот же результат: черные дыры.

И Мичелл, и Шварцшильд писали о явной связи горизонта событий, или радиуса области, из которой свет не может вырваться, массы черной дыры и скорости света. Однако в течение 103 лет после Шварцшильда эта связь оставалась недоказанной, пишет Forbes. Пока 10 апреля 2019 года ученые не показали первую в истории фотографию горизонта событий черной дыры. Теория Эйнштейна снова подтвердилась.

10 апреля 2019 проект Event Horizon Telescope показал первое успешное изображение горизонта событий черной дыры в галактике М87 — самой большой и массивной внутри нашего локального скопления галактик. Она находится на расстоянии 55 млн световых лет от нас, ее масса в 6,5 млрд раз больше Солнца. Лучу света пришлось бы около суток пересекать диаметр окружности горизонта событий (если бы черной дыры не было).

Теперь, получив фотографию, мы можем утверждать, что знаем следующее.

Это действительно черная дыра, как предсказывала ОТО

У физиков нет недостатка в теориях, которые обходятся без черных дыр или опровергают Эйнштейна, даже несмотря на то, что теория относительности выдерживала пока все испытания. Однако, новый снимок добавляет ей веса. Теперь мы знаем, что это черная дыра, а не червоточина. Знаем, что есть настоящий горизонт событий, а не голая сингулярность. Что горизонт событий не жесткая поверхность, поскольку падающая в дыру материя создает инфракрасную сигнатуру. Все это согласуется с ОТО.

Гравитационная динамика звезд хорошо предсказывает массу черных звезд

Раньше у нас было много разных способов измерить массу черной дыры. Мы могли либо использовать характеристики звезд, либо эмиссию газа, окружающего дыру. Эти методы давали разный результат. Однако теперь мы знаем, что гравитационной динамике можно верить, а газу — нет.

Это вращающаяся черная дыра, и ее ось вращения направлена не на Землю

Наблюдения показали, что это черная дыра по Керру, то есть вращающаяся. Для того чтобы понять это, ученым пришлось создать сложную модель черной дыры и материи вокруг нее.

Вокруг черной дыры есть материя

Наблюдения и компьютерное моделирование подтвердили, что у М87 есть релятивистская струя, и что она излучает радиоволны и рентгеновские лучи. Судя по спектру, поток аккрецирующего вещества раскален, что соответствует ускорению электронов в магнитном поле.

Видимое кольцо указывает на силу притяжения в окрестности центра черной дыры

Видимое кольцо не соответствует ни горизонту событий как таковому, ни орбитам вращающихся вокруг черной дыры частиц. Также это не самая внутренняя устойчивая круговая орбита (ISCO) черной дыры. Это искаженное гравитацией черной дыры изображение той части аккреционного диска, которая находится за черной дырой. Опять же, поразительное согласие с предсказаниями ОТО.

Черные дыры динамичны

Характер излучения черной дыры М87 меняется. Это заметно даже визуально по снимкам, сделанным за четыре дня в апреле 2017.

В будущем ученые смогут также понять, что вызывает вспышки излучения в черных дырах; присущи ли им магнитные поля; есть ли в центре галактик дополнительные черные дыры; а также, благодаря усилению мощности телескопа, увидеть сотни новых черных дыр.