Co přijde po vyfotografování horizontu událostí černé díry? Mohli bychom vidět fotonový prstenec?

V roce 2019 nám dalekohled EHT (Event Horizon Telescope) poskytl první přímý snímek černé díry. Na jednu stranu byl obraz, který vytvořil, poněkud nevýrazný. Jen kruhové rozostření světla obklopující temnou centrální oblast. Na druhou stranu jemné charakteristiky obrázku obsahují ohromné ​​informace o velikosti a rotaci černé díry. Většina detailů obrázku černé díry je rozmazaná limity EHT. Ale příští generace EHT by měla poskytnout ostřejší pohled a mohla by odhalit temný okraj horizontu událostí černé díry.

Jak silně čočkové světlo vytváří fotonový prstenec. Kredit: Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian

Černá díra sama o sobě světlo nevyzařuje. Jakékoli světlo, které ji překročí horizont událostí je navždy v pasti. Zářící prstenec, který vidíme na snímku EHT M87*, je způsoben radiovým zářením plynu a prachu v pozadí černé díry. Část tohoto světla prochází velmi blízko černé díry a je gravitačně šířena naším směrem. Nejbližší limit, kdy světlo může pokrýt černou díru a dostat se k nám, je známý jako fotonový prstenec.

Pokud bychom mohli dokonale pozorovat černou díru, fotonový prstenec by byl tenkou jasnou čárou. Část světla z fotonového prstence je rozptýlena, než k nám dorazí, a v kombinaci s limity rozlišení EHT to vytváří rozmazaný obraz, který vidíme. Ale příští generace EHT bude mít vyšší rozlišení a bude schopna pořizovat snímky za kratší dobu. To umožní detailní snímky nejen M87*, ale také supermasivní černé díry v naší galaxii.

Různé dráhy fotonů vytvářejí vrstvy světla. Kredit: George Wong (UIUC) a Michael Johnson (CfA)

Jednou z věcí, které by ngEHT mohl odhalit, je více vrstev čočkového světla. Většina světla, které vidíme kolem černé díry, je světlo z fotonového prstence. Tedy silně čočkovité světlo, které se dotýkalo černé díry. Ale nějaké světlo udělá celou smyčku kolem černé díry, než se vydá k nám, a malé množství udělá několik smyček. Každý typ dráhy fotonů vytváří a jiná vrstva světelného prstence kolem černé díry. Pokud dokážeme oddělit tyto vrstvy, lépe pochopíme povahu gravitace v blízkosti černé díry.

A jako nedávný článek oarXivukazuje, ngEHT by nám také mohl pomoci prozkoumat samotný horizont událostí černé díry. Tmavá centrální oblast snímku M87* není oblastí horizontu událostí. Je to jen stín černé díry způsobený fotonovým prstencem. Ale uvnitř centrální oblasti by měl být vnitřní stín. Stín horizontu událostí. Jak ukazuje tato nedávná práce, tento vnitřní stín by nebyl jednoduchý kruh. Jeho tvar by závisel na velikosti a rotaci černé díry.

Gravitační pole v blízkosti černé díry je tak silné, že narušuje nejen záři fotonového prstence, ale také stín horizontu událostí. Takže zatímco horizont událostí je skutečně sférický, nášPohledhorizontu událostí může být zkreslena gravitací černé díry. V této nejnovější práci tým ukazuje, jak bychom mohli být schopni pozorovat jak fotonový prstenec, tak vnitřní stín. Porovnáním těchto dvou bychom získali hluboké porozumění dynamice černých děr, včetně informací o tom, jak je světlo a hmota zachycovány černou dírou.

Časem bychom mohli konečně vidět temný stín gravitace samotné.

Odkaz:Andrew Chael a kol. “ Pozorování vnitřního stínu černé díry: Přímý pohled na horizont událostí .'arXiv předtiskarXiv: 2106.00683 (2021).