Original Material
Черная дыра в профиль
Обычно, рассказывая о черных дырах, говорят, что мы их никогда не сможем увидеть, потому что черную дыру ничто не в силах покинуть, - ни материальное тело, ни даже свет. Однако если в понятие феномена черной дыры включается также и космическое пространство, прилегающее к собственно центральной сингулярности, то можно сказать, что черные дыры все же "не абсолютно черны". Окружающий межзвездный газ втягивается в черную дыру, увлекаемый ее чудовищной силой притяжения, при этом газовые молекулы от взаимодействия друг с другом разогреваются и начинают излучать световые кванты - фотоны. Эта радиация определенным образом "высвечивает" черную дыру, как бы очерчивает ее контуры в пространстве.
Гигантская черная дыра, расположенная в центре нашей галактики Млечный путь (Sgr A*), в этом смысле представляет собой наилучшую цель для наблюдателей, поскольку охватывает самую обширную область неба среди всех других известных на сегодняшний момент кандидатов в черные дыры. Однако и в этом случае угловой размер интересующей нас области - десятки микроарксекунд - пока остается недоступным земным ученым, ведь требуемое разрешение в 10 тысяч раз превосходит возможности знаменитого космического телескопа "Хаббл" в видимом свете.
В течение нескольких последних лет астрономы старательно "охотятся" за сверхмассивной центральной черной дырой, изучая ее косвенными методами, и к настоящему моменту удалось зарегистрировать излучение от нескольких "горячих точек", находящихся за пределами вышеописанной "оболочки" черной дыры. А когда-нибудь мы сможем разглядеть и ее "очертания" - свечение в непосредственной близости от необратимой черты "горизонта событий". И пока современные технологии еще не достигли полной готовности для решающего "погружения", физики-теоретики Аверай Бродерик (Avery Broderick) и Ави Лёб (Avi Loeb) из Гарвард-Смитсонианского астрофизического центра в Кембридже (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, США, штат Массачусетс - CfA) постарались смоделировать тот вид, который получат первые наблюдатели, рискнувшие изучить "утробу" монстров.
В этом им помогла компьютерная программа, моделирующая реалистический общий вид излучающей черной дыры, включающий также и поляризационную зависимость, связанную с компактной эмиссионной областью. Уже известно, что радиация, испускаемая центральной черной дырой нашей Галактики, имеет непостоянный характер (вероятно, это происходит в результате неравномерного прихода поглощаемого черной дырой материала). Исследователи моделировали подобный приход скоплений раскаленного газа и успешно предсказали наблюдаемый характер вспышек (новые данные хорошо вписались в эту концепцию). Бродерик и Лёб смогли также подсчитать суммарное количество радиации от "горячих точек" (hot spots), чтобы воспроизвести вид для наблюдений с низкой разрешающей способностью, совместимой с текущими технологиями.
Теперь же в самом ближайшем будущем следует ждать еще более интересных новостей на эту тему.
"Если наблюдатели смогут наконец разглядеть край центральной черной дыры нашего Млечного пути - этого "отверстия" диаметром 10 миллионов миль - на расстоянии свыше 25 000 световых лет, это станет действительно значимым достижением, - говорит Бродерик. - Мы сможем увидеть своеобразную "тень" черной дыры, поглощающей окружающий материал, и определить ее размеры и скорость вращения непосредственным образом... В конечном счете мы хотим проверить Общую теорию относительности Эйнштейна в условиях мощных полей - при предельных параметрах гравитационного поля, вроде тех, что встречаются у черных дыр".
Все, что для этого требуется, - это создать межконтинентальную базу из множества телескопов субмиллиметрового диапазона (Very Large Baseline Array of sub-millimetre telescopes) так, чтобы эффективность объединенной системы стала сопоставимой с работой одного-единственного телескопа размером с нашу Землю. Эта практически освоенная интерферометрическая технология уже используется для изучения длинноволновой части спектра, поступающей к нам из космоса. Улавливая коротковолновую радиацию субмиллиметровой части диапазона, астрономы смогут получить снимки высокого разрешения областей, непосредственно прилегающих к черной дыре.
Наблюдения в инфракрасной части спектра, проведенные с использованием интерферометрических приборов (как уже существующих, так и готовящихся вступить в строй в самом ближайшем будущем) также дадут возможность получить отображение ядра нашей Галактики с невероятной точностью, с разрешениями, лучшими, чем одна миллиарксекунда. Данные субмиллиметровых и инфракрасных наблюдений естественным образом дополнят друг друга, и нужно использовать как те, так и другие для того, чтобы получить полную картину работы нашего галактического центра, а при сравнении с моделями - уточнить массу монстра и скорость его вращения.
"Когда астрономы преодолеют этот барьер, то первые изображения "тени" и внутреннего аккреционного диска черной дыры сразу же войдут в учебники, они позволят проверить наши современные взгляды на гравитацию в ситуации, когда пространство-время очень сильно искажено", - говорит Лёб.
На иллюстрации вверху:
Случай невращающейся черной дыры (в настоящее время доподлинно не известно, с какой скоростью вращается черная дыра в центре нашей Галактики, хотя некоторые данные и свидетельствуют о ее быстром вращении).
Мы видим теоретически предсказанное появление "горячей точки" на орбите вокруг ЧД в центре Млечного пути. Указанное пятно перемещается по круговой орбите с радиусом, в три раза превышающим размеры горизонта событий для невращающейся черной дыры. Шкала, нанесенная поверх этой структуры, состоит из блоков, соответствующих микроарксекундам (чтобы разглядеть такое, потребуется в 10 тысяч раз лучшее разрешение, чем доступно "Хабблу". Аккреционный диск, в состав которого входит эта "горячая точка", "рассматривается" под углом в 45 градусов.
Источники:
Black Holes Aren't So Black - CfA Press Release
Black Holes Aren't So Black (мультипликация для случаев невращающейся и быстровращающейся ЧД) - CfA Press Release
Imaging Bright Spots in the Accretion Flow Near the Black Hole Horizon of Sgr A* - arXiv