|
Использование световых отзвуков для освещения черных дыр
|
|
|
|
Команда астрофизиков под руководством ученых из Института перспективных исследований разработала инновационный метод поиска световых отзвуков черных дыр. Их новый метод, который упростит измерение массы и вращения черных дыр, представляет собой важный шаг вперед, поскольку он работает независимо от многих других способов, с помощью которых ученые исследовали эти параметры в прошлом.
|
|
|
|
Исследование, опубликованное сегодня в журнале Astrophysical Journal Letters, представляет метод, который может предоставить прямые доказательства того, что фотоны вращаются вокруг черных дыр благодаря эффекту, известному как "гравитационное линзирование".
|
|
|
|
Гравитационное линзирование возникает, когда свет проходит вблизи черной дыры и его траектория искривляется сильным гравитационным полем черной дыры. Этот эффект позволяет свету проходить несколько путей от источника к наблюдателю на Земле: некоторые световые лучи могут следовать по прямому маршруту, в то время как другие могут обогнуть черную дыру один или несколько раз, прежде чем достичь нас. Это означает, что свет от одного и того же источника может поступать в разное время, что приводит к появлению "эха".
|
|
|
|
"То, что свет вращается вокруг черных дыр, вызывая эхо, теоретически предполагалось в течение многих лет, но такое эхо еще не было измерено", - говорит ведущий автор исследования Джордж Н. Вонг, Фрэнк и Пегги Таплин, сотрудники Школы естественных наук Института и младший научный сотрудник Принстонской гравитационной инициативы в Принстонском университете. "Наш метод предлагает схему проведения этих измерений, которая потенциально может революционизировать наше понимание физики черных дыр".
|
|
|
|
|
|
|
Этот метод позволяет отделить слабые эхо-сигналы от более сильного прямого излучения, улавливаемого хорошо известными интерферометрическими телескопами, такими как телескоп Event Horizon Telescope. И Вонг, и один из его соавторов, Лия Медейрос, посетительница Школы естественных наук Института и научный сотрудник НАСА имени Эйнштейна в Принстонском университете, много работали в рамках сотрудничества с телескопом Event Horizon Telescope.
|
|
|
|
Чтобы проверить свою методику, Вонг и Медейрос, работая вместе с Джеймсом Стоуном, профессором Школы естественных наук, и Алехандро Карденас-Авенданьо, фейнмановским научным сотрудником Лос-Аламосской национальной лаборатории и бывшим младшим научным сотрудником Принстонского университета, провели моделирование с высоким разрешением, в ходе которого были сделаны десятки тысяч "снимков" света путешествуя вокруг сверхмассивной черной дыры, подобной той, что находится в центре галактики M87 (M87*), которая находится примерно в 55 миллионах световых лет от Земли.
|
|
|
|
Используя это моделирование, команда продемонстрировала, что их метод может напрямую определять период задержки эхо-сигнала в смоделированных данных. Они полагают, что их метод будет применим к другим черным дырам, в дополнение к M87*.
|
|
|
|
"Этот метод не только позволит подтвердить, когда был измерен свет, вращающийся вокруг черной дыры, но и предоставит новый инструмент для измерения фундаментальных свойств черной дыры", - объясняет Медейрос.
|
|
|
|
Понимание этих свойств очень важно. "Черные дыры играют важную роль в формировании эволюции Вселенной", - говорит Вонг. "Несмотря на то, что мы часто фокусируемся на том, как черные дыры притягивают предметы, они также выбрасывают большое количество энергии в окружающую среду.
|
|
|
|
"Они играют важную роль в развитии галактик, влияя на то, как, когда и где образуются звезды, и помогая определить, как развивается структура самой галактики. Знание распределения масс и спинов черных дыр, а также того, как это распределение меняется с течением времени, значительно расширяет наше понимание Вселенной".
|
|
|
|
Измерить массу или скорость вращения черной дыры непросто. Природа аккреционного диска, а именно вращающаяся структура горячего газа и другой материи, закручивающейся по спирали внутрь черной дыры, может "запутать" измерения, отмечает Вонг. Однако световые эхо-сигналы обеспечивают независимое измерение массы и вращения, а наличие нескольких измерений позволяет нам получить оценку тех параметров, "в которые мы действительно можем верить", - утверждает Медейрос.
|
|
|
|
Обнаружение светового эха может также помочь ученым лучше проверить теорию гравитации Альберта Эйнштейна. "Используя этот метод, мы можем обнаружить вещи, которые заставят нас задуматься: "Эй, это странно!" - добавляет Медейрос. "Анализ таких данных мог бы помочь нам проверить, действительно ли черные дыры согласуются с общей теорией относительности".
|
|
|
|
Результаты работы команды предполагают, что, возможно, удастся обнаружить эхо—сигналы с помощью пары телескопов — одного на Земле и одного в космосе - работающих вместе для выполнения того, что можно назвать "интерферометрией с очень длинной базовой линией". По словам Вонга, такая интерферометрическая миссия должна быть "скромной". Их технология обеспечивает удобный, практичный метод сбора важной и надежной информации о черных дырах.
|
|
|
|
Источник
|
