Преди три години първото по рода си изображение на черна дупка смая света. Черна празнота, оградена от огнен пръстен от светлина. Това емблематично изображение на черната дупка в центъра на галактиката Messier 87 бе фокусирано благодарение на Event Horizon Telescope, глобална мрежа от синхронизирани радио чинии, действащи като един гигантски телескоп.
Сега двама изследователи от Колумбийския университет са измислили потенциално по-лесен начин за "надничане в бездната".
Описана в допълнителни проучвания, публикувани в Physical Review Letters и Physical Review D, тяхната техника за изобразяване може да позволи на астрономите да изучават черни дупки, по-малки от M87, чудовище с маса от 6,5 милиарда слънца, приютени в галактики, по-далечни от M87, която е на 55 милиона светлина, разстоянив, което е все още сравнително близо до нашия Млечен път.
Техниката има само две изисквания. Първо, нужна е двойка свръхмасивни черни дупки, които са в процес на сливане. Второ, трябва да се виждат странично. От тази странична гледна точка, когато едната черна дупка минава пред другата, би трябвало да може да се види ярък изблик, докато по-далечният сияещ пръстен на черната дупка се увеличава от по-близката до нас черна дупка, феномен известен като гравитационна леща.
Ефектът гравитационна леща е добре известен, но това, което изследователите откриват в случая, е скрит сигнал: отличителен спад на яркостта, съответстващ на "сянката" на черната дупка отзад. Това фино затъмняване може да продължи от няколко часа до няколко дни, в зависимост от това колко масивни са черните дупки и колко плътно са преплетени орбитите им. Ако се измери колко дълго трае спадът, казват изследователите, може да се оцени размера и формата на сянката, хвърляна от хоризонта на събитията на черната дупка, границата, откъдето нищо не излиза, дори светлината.
„Нужни бяха години и огромни усилия на десетки учени, за да се съдаде това изображение с висока разделителна способност на черните дупки в M87. Този подход работи само за най-големите и най-близки черни дупки - двойката в сърцето на M87 и потенциално в нашия собствен Млечен път", обяснява водещият автор на изследването, Джорди Давелаар (Jordy Davelaar), постдокторант в Колумбийския университет и Центъра за изчислителна астрофизика на института Flatiron.
Симулация на гравитационна леща на двойка сливащи се свръхмасивни черни дупки. Кредит: Jordy Davelaar
Джорди Давелаар добавя, че "с нашата техника може да се измерва яркостта на черните дупки във времето, не е необходимо да разрешавате всеки обект пространствено. Би трябвало да е възможно да се намери такъв сигнал в много галактики."
Сянката на черна дупка е едновременно нейната най-загадъчна и информативна характеристика.
„Това тъмно петно ни разказва за размера на черната дупка, формата на пространството-времето около нея и как материята попада в черната дупка близо до хоризонта й“, обяснява съавторът Золтан Хайман (Zoltan Haiman), професор по физика в Колумбийския университет.
Сенките на черните дупки също могат да крият тайната на истинската природа на гравитацията, една от основните сили в нашата вселена. Теорията на Айнщайн за гравитацията, известна като Обща теория на относителността, предсказва размера на черните дупки. Затова физиците ги търсят, за да тестват алтернативни теории на гравитацията в опит да съгласуват двете конкуриращи се идеи за това как работи природата: Общата теория на относителността на Айнщайн, която обяснява макромащабни явления като планетите, звездите и разширяващата се Вселена, и квантовата физика, която обяснява как малките частици като електрони и фотони могат да заемат множество състояния наведнъж.
Изследователите се интересуват от експлозиите на свръхмасивни черни дупки, след като забелязват предполагаема двойка свръхмасивни черни дупки в центъра на далечна галактика в ранната вселена. Космическият телескоп на НАСА, ловецът на екзопланети "Кеплер" сканира за малките спадове в яркостта, съответстващи на планета, минаваща пред местната звезда. Но "Кеплер" в крайна сметка открива изригванията на това, което Хайман и колегите му твърдят, че е двойка сливащи се черни дупки.
Те наричат далечната галактика "Спайки" ("Spikey" - "Бодлива") заради пиковете в яркостта, предизвикани от предполагаемите й черни дупки, които се увеличават една друга при всяко пълно завъртане чрез ефекта гравитационна леща. За да научи повече за светлинния взрив, Хайман изгражда модел със своя постдокторант Давелаар.
В тази симулация на двойка сливащи се свръхмасивни черни дупки, черната дупка, която е по-близо до зрителя, се приближава и по този начин изглежда синя (кадър 1), увеличава визуално изместената към червения диапазон черна дупка отзад чрез гравитационна леща. Тъй като по-близката черна дупка усилва светлината на по-далечната черна дупка (кадър 2), зрителят вижда ярък изблик. Но когато по-близката черна дупка премине пред бездната или сянката на по-далечната черна дупка, зрителят вижда леко намаляване на яркостта (кадър 3). Този спад на яркостта (3) се вижда ясно в данните за светлинната крива под изображенията. Кредит: Jordy Davelaar
Изследователите обаче се объркват, когато тяхната симулирана двойка черни дупки предизвиква неочакван, но периодичен спад в яркостта всеки път, когато една обикаля пред другата. Първоначално те си мислят, че това е грешка в кодирането. Но по-нататъшните проверки ги карат да се доверят на сигнала.
Докато търсят физически механизъм, който да го обясни, те разбират, че всеки спад в яркостта съответства на времето, необходимо на по-близката до зрителя черна дупка да премине пред сянката на черната дупка отзад.
В момента изследователите търсят други данни от телескопа, за да се опитат да потвърдят спадът, който виждат в данните на "Кеплер", за да потвърдят, че "Спайки" всъщност крие двойка сливащи се черни дупки. Ако моделът издържи проверката, техниката може да бъде приложена към други предполагаеми двойки сливащи се свръхмасивни черни дупки сред около 150-те, които са били забелязани досега и очакват потвърждение.
Тъй като по-мощните телескопи ще започнат работа през следващите години, могат да възникнат още възможности. Обсерваторията "Вера Рубин", която трябва да бъде открита тази година, е нацелена към повече от 100 милиона свръхмасивни черни дупки . По-нататъшно проучване на черни дупки ще бъде възможно, когато детекторът на гравитационните вълни на НАСА, LISA, бъде изстрелян в космоса през 2030 г.
„Дори ако само малка част от тези двойни черни дупки имат правилните условия за измерване на предложения от нас ефект, бихме могли да открием много от тези спадове на черни дупки“, коментира Давелаар.
Справка:
Jordy Davelaar et al, Self-Lensing Flares from Black Hole Binaries: Observing Black Hole Shadows via Light Curve Tomography, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.191101
Jordy Davelaar et al, Self-lensing flares from black hole binaries: General-relativistic ray tracing of black hole binaries, Physical Review D (2022). DOI: 10.1103/PhysRevD.105.103010
Източник: In a pair of merging supermassive black holes, a new method for measuring the void
Kim Martineau, Columbia University
Още по темата
Космос
Хъбъл вижда квазар "размножен" 5 пъти от гравитационна леща
Космос
Свръхнова, видяна три пъти през 2016 г., ще се покаже и през 2037 г.. Възможно ли е това?
Космос
Можем ли да видим фотонния пръстен на хоризонта на събитията на черна дупка?
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари