Okolo čiernych dier sú nekonečné svetelné prstence. Tu je návod, ako sme ich mohli vidieť

Umelcov dojem fotónov otáčajúcich sa okolo čiernej diery. (Nicolle R. Fuller/NSF)

Pred rokom sa písala história. Dlhá a usilovná práca vedcov na celom svete prinieslaúplne prvý priamy obraz horizontu udalostí čiernej diery, supermasívne monštrum s názvom M87* vzdialené 55 miliónov svetelných rokov. Tento nádherný, zlatý, rozmazaný obraz potvrdil mnohé z našich predstáv čierne diery .

Ale veda sa nezastavila, keď sa objavil obrázok. Tím vedcov teraz vykonal výpočty založené na tom, čo sme sa dozvedeli z M87* v kombinácii s predpoveďami všeobecná relativita , aby sme ďalej predpovedali, ako by sme jedného dňa mohli tieto objekty vidieť oveľa podrobnejšie.

Čierne diery sú neuveriteľne gravitačne intenzívne. Nielenže sú také masívne, že aj rýchlosť svetla je príliš nízka na to, aby dosiahli únikovú rýchlosť proti ich gravitačnej sile, ale tiež ohýbajú dráhu prechádzajúceho svetla okolo nich za horizont udalostí.



Ak je prechádzajúci fotón príliš blízko, uviazne na obežnej dráhe okolo čierna diera . To vytvára to, čo sa nazýva „fotónový kruh“ alebo „ fotónová sféra ', dokonalý svetelný prstenec, o ktorom sa predpokladá, že obklopí čiernu dieru, vo vnútri vnútorného okraja akrečného disku, ale mimo horizontu udalostí.

Toto je tiež známe ako najvnútornejšia stabilná dráha a môžete to vidieť na obrázku nižšie,vytvoril astrofyzik Jean-Pierre Luminet v roku 1978.

(Jean-Pierre Luminet)

Modely okolia čiernej diery naznačujú, že fotónový prstenec by mal vytvárať zložitú subštruktúru pozostávajúcu z nekonečných svetelných prstencov – trochu ako efekt, ktorý vidíte v nekonečné zrkadlo .

'Obraz čiernej diery v skutočnosti obsahuje vnorenú sériu prstencov,' vysvetlil astrofyzik Michael Johnson z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.

„Každý nasledujúci prstenec má približne rovnaký priemer, ale stáva sa čoraz ostrejším, pretože jeho svetlo obehlo čiernu dieru viackrát, než sa dostalo k pozorovateľovi. So súčasným obrázkom EHT sme zachytili len letmý pohľad na celú zložitosť, ktorá by sa mala objaviť na obrázku akejkoľvek čiernej diery.“

(Event Horizon Telescope)

Na tomto historickom prvom obrázku M87* (hore) môžeme vidieť akrečný disk - to je žiariaca oranžovo-zlatá časť. Čierna časť v strede je tieň čiernej diery. Fotónovú guľu v skutočnosti nevidíme, pretože prstenec je veľmi jemný a rozlíšenie nie je dostatočne vysoké na to, aby sme ho rozoznali, ale mal by sedieť okolo okraja tieňa čiernej diery.

Keby sme mohol uvidíme, ten prsteň nám povie veľmi dôležité veci o čiernej diere. Veľkosť prstenca nám môže povedať hmotnosť, veľkosť a rotáciu čiernej diery. Môžeme ich určiť z akrečného disku, ale fotónový kruh by nám umožnil ďalej obmedziť údaje na presnejšie meranie.

'Každý podprstenec sa skladá z fotónov, ktoré sú šošovkami nasmerované smerom k obrazovke pozorovateľa po tom, čo boli zozbierané fotónovým obalom odkiaľkoľvek vo vesmíre,' napísali vedci vo svojom článku .

„Preto v idealizovanom prostredí bez absorpcie obsahuje každý podprstenec samostatný, exponenciálne dezväčšený obraz celého vesmíru, pričom každý nasledujúci podprstenec zachytáva viditeľný vesmír v skoršom čase.

'Spolu súprava podprstencov je podobná snímkam filmu, ktoré zachytávajú históriu viditeľného vesmíru pri pohľade z čiernej diery.'

Johnson a jeho tím teda použili modelovanie na určenie uskutočniteľnosti detekcie fotónových prstencov v budúcich pozorovaniach. Zistili, že sa to dá, aj keď to nebude ľahké.

Imaging M87* bol dielom vynaliezavosti a spolupráce. Teleskopy po celom svete spolupracovali na vytvorení a interferometer s veľmi dlhou základnou čiarou nazývaný Event Horizon Telescope, kde je možné vypočítať presné vzdialenosti a časové rozdiely medzi teleskopmi v poli a spojiť ich pozorovania. Je to - veľmi, veľmi jednoducho povedané - ako mať jeden ďalekohľad veľkosti Zeme.

'To, čo nás skutočne prekvapilo, bolo, že zatiaľ čo vnorené podkruhy sú na obrázkoch takmer nepostrehnuteľné voľným okom - dokonca aj na dokonalých obrázkoch - sú to silné a jasné signály pre polia ďalekohľadov nazývaných interferometre,' povedal Johnson .

„Zatiaľ čo zachytenie snímok čiernych dier bežne vyžaduje veľa distribuovaných ďalekohľadov, podkrúžky sú ideálne na štúdium iba pomocou dvoch ďalekohľadov, ktoré sú od seba veľmi vzdialené. Pridanie jedného vesmírneho teleskopu k ďalekohľadu Horizont udalostí by stačilo.“

(NASA/Xander89/Wikimedia Commons, CC BY 3.0)

Uvedenie teleskopu na nízku obežnú dráhu Zeme je skvelý začiatok, ale poskytne nám iba jasný záber jedného z prstencov.

Aby ste odhalili druhý podprstenec, museli by ste ísť o niečo ďalej, ako je nízka obežná dráha Zeme, a nasadiť teleskop mesiac . A po tretie, ešte ďalej, za Mesiacom v stabilnej polohe vytvorenej gravitačnou interakciou Slnka a Zeme nazývanej Lagrangeov bod , L2 v diagrame vyššie.

Žiadna z nich nie je nerealizovateľná. NASA plánuje misiu na Mesiac s posádkou. A už máme niekoľko satelitov umiestnených v L2. Je zrejmé, že by sa to nestalo zajtra, ale je to vzrušujúci cieľ, na ktorom je potrebné pracovať pre ďalšiu generáciu ďalekohľadu Horizont udalostí.

Výskum bol publikovaný v r Vedecké pokroky .

O Nás

Publikácia Nezávislých, Osvedčených Skutočností O Správach O Zdraví, Priestore, Prírode, Technológii A Životnom Prostredí.