NASA показывает резкое искривление двоичных черных дыр
Хотя напрямую получить изображение тени и пространства вокруг черной дыры крайне сложно, это не единственный инструмент, который есть в наборе астрономов.
Основываясь на многолетних наблюдениях и анализе, существует многолетняя традиция визуализации черных дыр, восходящая к работам французского астронома Жан-Пьера Люмине в 1970-х годах.
Удивительно, но моделирование очень близко подошло к тому, что мы видели, когда огромная международная группа ученых наконец-то сделала прямое изображение сверхмассивной черной дыры, теперь известной M87 *. Итак, мы знаем, что наши прогнозы всегда были очень точными.
Из-за задействованных интенсивных гравитационных полей все становится просто ужасно. Свет изгибается, и его интенсивность меняется в зависимости от того, в каком направлении он движется. Так что же происходит, когда есть не одна, а две черные дыры, замкнутые на взаимной орбите, каждая со своей собственной гравитацией и каждая вращается вокруг своего собственного светящегося аккреционного диска из пыли и газа?
Что ж, это может немного походить на последнюю, чрезвычайно странную визуализацию черной дыры от NASA.
Основываясь на своей предыдущей работе по моделированию черной дыры и ее аккреционного диска, астрофизик Джереми Шниттман из Центра космических полетов имени Годдарда NASA сложил две черные дыры вместе, чтобы посмотреть, что произойдет.
"Мы видим две сверхмассивные черные дыры, большую с массой 200 миллионов Солнца и меньшего по размеру спутника, который весит вдвое меньше", - пояснил он.
"Это такие бинарные системы черных дыр, в которых, как мы думаем, оба члена могут поддерживать аккреционные диски в течение миллионов лет".
Моделирование начинается так, как будто вы смотрите сверху вниз, как две сверхмассивные черные дыры вращаются друг вокруг друга. В центре каждой есть тень черной дыры, окруженная широким аккреционным диском.
Тонкое кольцо между внутренним краем аккреционного диска и тенью черной дыры называется фотонным кольцом , где гравитация настолько сильна, что фотоны удерживаются на стабильной орбите вокруг черной дыры. Если бы эти фотоны повернули хоть немного ближе к черной дыре, они упали бы за горизонт событий, где мы их не увидим.
По мере продолжения моделирования перспектива зрителя перемещается вниз к плоскости орбиты двух черных дыр.
Сначала симуляция очень похожа на другие симуляции, которые вы, возможно, видели, с светом диска, изогнутым сзади, чтобы сформировать ореол, и светом перед тенью черной дыры ярче, когда она движется к зрителю, и тускнеет по мере удаления. Это называется релятивистским излучением и вызвано эффектом Доплера, при котором волны (в данном случае световые волны), по-видимому, изменяются в зависимости от направления своего движения.
Потом все становится очень странно, очень быстро.
Шниттман использовал два разных цвета для изображения двух черных дыр, потому что это упрощает их различение, поскольку гравитационные поля изгибаются и деформируются, заставляя свет перемещаться по сложным кривым путям, рассчитанным с помощью мощного суперкомпьютера. Свет каждой черной дыры становится еще более искаженным, поскольку на него влияет сила тяжести ее двойного компаньона.
Затем изображение перемещается сверху вниз с увеличением - где путешествие вокруг фотонного кольца одной черной дыры - это вид сбоку на ее спутника. Это связано с тем, что свет изгибается на 90 градусов, а это означает, что мы получаем одновременно вид сверху вниз и искаженный вид сбоку на каждую черную дыру.
"Поразительным аспектом этой новой визуализации является самоподобный характер изображений, создаваемых гравитационным линзированием", - сказал Шниттман. "Увеличение масштаба каждой черной дыры открывает множество искаженных изображений ее партнера".
Фактически, гравитационное линзирование является полезным инструментом для изучения более глубоких областей космоса, поскольку оно увеличивает и часто дублирует удаленный объект. Галактики и скопления галактик также могут быть гравитационными линзами, хотя линзированные объекты не выглядят такими изогнутыми и странными, как изображения, создаваемые двумя активными сверхмассивными черными дырами.
Непосредственное отображение черной дыры - это большая работа, а бинарные сверхмассивные черные дыры - редкость, поэтому мы вряд ли увидим реальную версию визуализации Шниттмана в ближайшее время, но моделирование, подобное этому, может помочь нам понять физику дыры. экстремальные условия вокруг сверхмассивных черных дыр, чтобы мы могли лучше анализировать наблюдения, которые мы можем сделать. К тому же они просто потрясающе выглядят.