Знаменитая улыбка чёрной дыры меняется

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.

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.