Что скрывают световые эхо черных дыр? Ученые предлагают новый метод исследования сверхмассивных черных дыр

Черные дыры — одни из самых загадочных объектов во Вселенной. Их гравитация настолько сильна, что даже свет не может вырваться из их объятий. Но что происходит со светом, который проходит рядом с черной дырой? Он искривляется, подобно реке, обтекающей валун. Это явление, называемое гравитационным линзированием, может создавать удивительный эффект — световое эхо.

Представьте себе источник света недалеко от черной дыры. Часть фотонов, испущенных этим источником, направится прямо к наблюдателю. Другая часть, попав в гравитационное поле черной дыры, опишет дугу вокруг нее и тоже достигнет наблюдателя, но с задержкой. Еще одна группа фотонов совершит два оборота, третья — три, и так до бесконечности. Каждый такой «обход» создает на изображении черной дыры все более слабую, задержанную и искаженную копию исходного источника — своеобразное эхо.

Временной интервал между этими эхо-сигналами определяется, прежде всего, массой черной дыры. Однако на него также влияют вращение черной дыры и угол, под которым мы ее наблюдаем.

Обнаружить световое эхо напрямую в кривой блеска черной дыры сложно. Это связано с тем, что поток излучения от каждого последующего «обхода» экспоненциально уменьшается, а турбулентность аккреционного диска создает дополнительные помехи.

В статье, опубликованной в The Astrophysical Journal Letters, ученые предлагают новый метод поиска светового эха, основанный на интерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). РСДБ позволяет наблюдать космические объекты с очень высоким угловым разрешением, регистрируя сигналы от нескольких радиотелескопов, расположенных на большом расстоянии друг от друга.

Ключевая идея метода заключается в том, чтобы анализировать не только общую кривую блеска черной дыры, но и интерферометрический сигнал на высоких пространственных частотах. Этот сигнал чувствителен к слабому излучению от фотонов, совершивших хотя бы один оборот вокруг черной дыры. Коррелируя этот сигнал с общей кривой блеска, можно выделить характерную задержку, соответствующую световому эху.

Ученые проверили свой метод на данных численного моделирования аккреционного диска вокруг черной дыры M87. Результаты показали, что метод позволяет надежно определить период задержки эха.

Обнаружение светового эха стало бы важным подтверждением общей теории относительности и позволило бы получить независимую оценку фундаментальных параметров черной дыры, таких как ее масса и вращение. Более того, детальные измерения эха могли бы помочь проверить гипотезу Керра, описывающую геометрию вращающихся черных дыр.

Развитие РСДБ и создание космических интерферометров открывают новые возможности для изучения черных дыр и их окрестностей. Поиск светового эха — лишь один из примеров того, как эти новые технологии могут помочь нам разгадать тайны самых экстремальных объектов во Вселенной.