През април 2019 г. историята на сътрудничеството на телескопа „Хоризонт“ направи история, когато пусна първото изображение на черна дупка, правена някога. Това постижение беше десетилетия в създаването и предизвика международен медиен цирк. Картината е резултат от техника, известна като интерферометрия, при която обсерваториите по целия свят комбинират светлина от телескопите си, за да създадат композитно изображение.
Това изображение показа това, което астрофизиците прогнозираха отдавна, че изключително гравитационно огъване кара фотоните да падат около хоризонта на събитията, допринасяйки за ярките пръстени, които ги заобикалят. Миналата седмица, на 18 март, екип от изследователи от Харвард-Смитсонианския център за астрофизика (CfA) обяви нови изследвания, които показват как изображенията на черната дупка могат да разкрият сложна подструктура в тях.
Изследването, което описва техните открития, озаглавено „Универсални интерферометрични подписи на фотонен пръстен на черната дупка“, наскоро се появи в списанието Научен напредък, Екипът беше ръководен от Майкъл Джонсън, астрофизик с CfA, и предизвика членове от Харвардската инициатива за черни дупки (BHI), Националната лаборатория в Лос Аламос, Центъра за теоретични науки в Принстън и много университети.
Както Джонсън обясни в скорошно съобщение за пресата на CfA:
„Изображението на черна дупка всъщност съдържа вложена серия от пръстени. Всеки следващ пръстен има приблизително един и същ диаметър, но става все по-остър, тъй като неговата светлина обикаля в черната дупка повече пъти, преди да стигне до наблюдателя. С настоящото изображение на EHT успяхме да разгледаме пълната сложност, която трябва да се появи в образа на всяка черна дупка. "
Както ни казва законът за обща относителност, гравитационните полета променят кривината на космическото време. В случай на черна дупка, ефектът е екстремен и причинява дори светлина (фотони) да нахлува около тях. Тези фотони хвърлят сянка върху яркия пръстен от падащ газ и прах, който се ускорява до релативистични скорости от гравитацията на черната дупка.
Около този засенчен регион е „фотонен пръстен“, получен от фотони, концентрирани от силната гравитация в близост до черната дупка. Този пръстен може да каже на астрономите много за черната дупка, тъй като размерът и формата й разкриват масата и въртенето (известна още като „въртене“) на черната дупка. Поради изображенията на EHT, изследователите на черни дупки сега имат инструмент, с който да изследват черните дупки.
От 50-те години на миналия век астрономите научават много за тях, като изучават ефекта, който имат върху заобикалящата ги среда. С други думи, изследването на черните дупки има косвено и теоретично естество. Но с възможността да правят снимки на тези небесни обекти, астрономите най-накрая могат да ги изследват директно и да събират реални данни.
Джордж Вонг, аспирант по физика в Университета на Илинойс в Урбана-Шампан, отговаря за разработването на софтуер за създаване на симулирани изображения на черни дупки. Този софтуер е това, което позволява да се изчисляват изображения, които са с най-висока разделителна способност до момента, и позволи на техния екип да ги разложи на прогнозираната серия от под-изображения. Както Уонг посочи:
„Събирането на експерти от различни области ни позволи наистина да свържем теоретично разбиране на фотонния пръстен с това, което е възможно с наблюдението. Това, което започна като класически изчисления с молив и хартия, ни подтикна да изтласкаме симулациите си до нови граници. “
Това, което беше особено изненадващо за изследователите обаче, беше как подструктурата, разкрита от изображението на черната дупка, създава нови възможности за изследване. Докато разкритите от тях подложки обикновено са невидими с невъоръжено око на изображенията, те издават много ясни сигнали, когато се наблюдават от масиви телескопи, използващи интерферометрия.
Това представя на астрономите сравнително лесен начин за разширяване на работата, проведена от сътрудничеството на EHT досега. "Докато заснемането на изображения с черни дупки обикновено изисква много разпределени телескопи, подкожите са перфектни за проучване, като се използват само два телескопа, които са много далеч един от друг", казва Джонсън. „Добавянето на един космически телескоп към EHT би било достатъчно.“
Полетата на астрономията и астрофизиката през последните години преживяват множество революции. Между първите наблюдения на междузвездни обекти, потвърждаването на гравитационните вълни и първите преки наблюдения на черна дупка. Тези първи са дали възможност за научни изследвания, които обещават да отключат редица трайни мистерии за Космоса.
Изследванията на екипа станаха възможно отчасти от безвъзмездни средства, издадени от НАСА, Националната научна фондация (NSF), Министерството на енергетиката (DoE) и множество научни и изследователски фондации.
