Гигантская черная дыра M87* сверкает

Теперь, оглядываясь на более ранние, более рудиментарные изображения, ученые обнаружили доказательства того, что кольцо вокруг M87* колеблется, из-за чего кажется, будто она блестит.

Исторический снимок прошлого года стал результатом кропотливой работы, который довел нашу технологию наблюдений до предела. Это было кульминацией многолетних усилий и планирования, но окончательный снимок был составлен на основе всего недельного наблюдения, сделанного в 2017 году.

Но в более ранние годы работы над проектом телескопа горизонта событий (Event Horizon Telescope) команда провела наблюдения за черной дырой в центре галактики M87, расположенной в 55 миллионах световых лет от нас, используя прототипы телескопов.

Эти наблюдения, сделанные в период с 2009 по 2012 год, не собрали достаточно данных для изображения.

Но когда астрономы пытались определить, как кольцо вокруг черной дыры меняется с течением времени, они обнаружили, что там было достаточно данных, чтобы подтвердить симуляцию колебаний яркости кольца.

«В прошлом году мы видели изображение тени черной дыры, состоящее из яркого полумесяца, образованного горячей плазмой, вращающейся вокруг M87*, и темной центральной части, где, как мы ожидаем, будет горизонт событий черной дыры», - пояснил астроном Мацек Вильгус из Гарвардского Смитсоновского центра астрофизики.

«Основываясь на результатах прошлого года, мы задали следующие вопросы: соответствует ли этот полумесяц архивным данным? Могут ли архивные данные указывать на аналогичный размер и ориентацию полумесяца?»

Команда использовала подход статистического моделирования, основанный на структуре, использованной для анализа данных за 2017 год. Эти данные также послужили отправной точкой для их модели, и данные, полученные из массивов прототипов, использовались для ее ограничения.

И они обнаружили, как и предсказывает Общая теория относительности, что тень черной дыры - круг в середине светящегося золотого кольца - сохранялась на протяжении всего периода времени, сохраняя тот же диаметр на протяжении многих лет. Исследователи заявили, что это еще одно подтверждение природы M87*.

Когда вы смотрите на изображение M87*, нельзя не заметить, что часть кольца намного ярче.

Это кольцо состоит из пыли и газа, которые кружатся и попадают в черную дыру в аккреционном диске, а неравномерная яркость - это еще один эффект, предсказываемый Общей теорией относительности, который называется эффектом Доплера.

Поскольку часть кольца вращается к нам, зрителю, оно кажется ярче; другая часть кажется более тусклой.

В своей реконструкции команда обнаружила, что эта яркая область не фиксируется на месте - она ??движется, как будто блестит или колеблется.

Команда объясняет это движение турбулентностью потока. И это многое говорит нам о регионах вокруг сверхмассивной черной дыры и о влиянии, которое она оказывает на материал вокруг нее.

«Поскольку поток материи турбулентный, кажется, что полумесяц раскачивается», - сказал Вильгус.

«На самом деле, мы видим здесь довольно много вариаций, и не все теоретические модели аккреции допускают такое сильное колебание. Это означает, что мы можем начать исключать некоторые из моделей, основанные на наблюдаемой динамике источника».

Турбулентность потока может быть вызвана множеством причин. Величина вращения черной дыры равна единице. Другое дело - структура магнитного поля в самом аккреционном диске.

Это может быть вызвано магнитовращательной нестабильностью или несовпадением вращения черной дыры и аккреционного потока.

Это также могло иметь отношение к образованию релятивистских джетов. Это мощные потоки плазмы изнутри аккреционного кольца, которые ускоряются вокруг горизонта событий черной дыры и выпускаются в космос с релятивистскими скоростями.

Считается, что известно, как они образуются, но полной уверенности нет, поэтому M87* может помочь нам в этом разобраться.

Поскольку более ранние данные относительно слабы, сделать какие-либо выводы пока невозможно. Но работа телескопа Event Horizon еще далека от завершения. Он состоит из сети радиотелескопов, охватывающих весь земной шар, и каждый новый объект, который добавляет свои возможности к сотрудничеству, только увеличивает его мощность.

Еще один телескоп был добавлен для наблюдений в 2018 году - эти данные в настоящее время анализируются. В следующем году будут проведены новые наблюдения с участием еще двух телескопов.

«Расширенные возможности построения изображений, обеспечиваемые этим расширенным массивом, обеспечат более подробное изображение тени черной дыры M87* и внутреннего джета радиогалактики M87», - сказал астроном Антон Зенсус из Института радиоастрономии Макса Планка, Германия.

Нам не терпится увидеть, что они найдут.