Американские астрофизики впервые смогли проследить за тем, как частицы света, которые появились в непосредственной близости от черной дыры и которых захватило ее притяжение, смогли не попасть внутрь этого объекта. Статью ученых опубликовал The Astrophysical Journal. "Мы проследили за тем, как частицы света, которые близко подошли к черной дыре, пытаются "сбежать" из ее окрестностей. Теоретики еще в 1970 году предсказали, что это должно происходить, однако до настоящего времени это никто не наблюдал", – прокомментировал работу один из ее авторов, астроном из Калифорнийского технологического института в Пасадене (США) Райли Коннорс.
Сила притяжения как обычных, так и сверхмассивных черных дыр настолько велика, что ее нельзя преодолеть, не превысив скорость света. Никакие объекты или излучение не могут вырваться из-за горизонта событий – границы воздействия черной дыры. С другой стороны, как выяснили советские астрофизики Рашид Сюняев и Николай Шакура, некоторые частицы света, которые подходят к этой "точке невозврата" очень близко, все же могут избежать подобной участи. Для этого им нужно двигаться в определенном направлении относительно линии горизонта событий. В таком случае гравитация черной дыры особым образом разгонит частицу света и поможет ей "сбежать" из окрестностей данного объекта.
Коннорс и его коллеги впервые стали очевидцами подобного "побега" фотонов. Они анализировали данные наблюдений космического телескопа RXTE за двойной рентгеновской звездой XTE J1550-564, которая находится в созвездии Наугольника на расстоянии в 14,4 тыс. световых лет от Земли. Двойной рентгеновской звездой астрономы называют пару из светила, которое по своим размерам похоже на Солнце или более крупную звезду, а также черной дыры. Последняя постоянно перетягивает материю звезды на себя, в результате чего вокруг них образуется яркий светящийся диск из горячей плазмы. Периодически черная дыра поглощает значительную часть этого диска, в результате чего происходят мощные вспышки в рентгеновском и гамма-диапазонах.
Звезда XTE J1550-564, как отмечают исследователи, пережила два подобных катаклизма в 1998 и 2000 годах. Тогда ученые всесторонне исследовали их с помощью инструментов RXTE. Этим воспользовались Коннорс и его коллеги, которые изучали частицы света, отраженные от горизонта событий. Астрономы выяснили, чем отличаются подобные фотоны от других частиц света, которые появляются во время вспышек активности двойных рентгеновских звезд. Для этого ученые создали детальную компьютерную модель XTE J1550-564, просчитав то, как будут двигаться лучи света в окрестностях горизонта событий черной дыры.
Эти расчеты показали, что отраженное рентгеновское излучение будет обладать резко пониженной жесткостью, особым рисунком спектральных линий излучения и поглощения и рядом других характеристик, которые отличают его от прочих форм света, которые двойная рентгеновская звезда вырабатывает во время вспышек. Руководствуясь этой идеей, астрофизики смогли впервые выделить подобные частицы света в излучении XTE J1550-564. Это открытие, как отмечают ученые, не только подтвердило предсказания теоретиков полувековой давности, но и стало очередным свидетельством того, что теория относительности Эйнштейна корректно описывает поведение черных дыр.
