Возвращаясь к первой «фотографии» чёрной дыры

Возвращаясь к первой «фотографии» чёрной дыры

Чёрная дыра настолько диковинный феномен, что учёные, которые выдвинули эту идею, полагали, что в реальности их не может быть. Они формируются из гигантских разрушенных звезд, и их масса настолько плотная, что ничто не может вырваться из тисков их гравитационного притяжения, включая свет. Чёрные дыры искажают пространство-время, и ученые все время размышляют: как же они могут выглядеть? Возможно, нам удастся их увидеть с помощью телескопа Event Horizon, но ещё в 1979 году Жан-Пьер Люмине создал первый «образ», используя только появившийся тогда компьютер с перфокартами, множество математических расчётов и тушь.

Проблема с изображением черной дыры заключается в том, что по определению она не может излучать свет. К счастью, большие чёрные дыры обычно находятся рядом с другими звездами, высасывая из них материю, что в принципе могут заметить астрономы. «Поскольку [газы из звезд] попадают в черную дыру, она всё больше и больше разогревается и, в конце концов, начинает испускать радиационное излучение. Это неплохой источник света: сияют аккреционые кольца, освещая центральную черную дыру», — пишет Люмине в своем блоге.

Отличительной чертой чёрной дыры является её граница как «горизонт событий», точка невозврата для материи и света. Материя на её периферии, всасываемая из соседних звезд, образует «аккреционный диск», изображённый в Interstellar как два ярких перпендикулярных диска. Но это всего лишь иллюзия — на экваторе только один диск, но свет искривляется из-за экстремальной гравитации чёрной дыры (гравитационное линзирование).

На рисунке Люмине изображено два других важных явления, которые не наблюдаются в межзвездном пространстве. Первое — это тот факт, что энергия и свет сильнее ближе к краю черной дыры и слабее на удалении. Другое — это эффект Допплера, вызванный вращением аккреционного диска, который заставляет свет казаться ярче с одной стороны, в зависимости от направления вращения. В изображении Люмине аккреционный диск вращается против часовой стрелки, поэтому его свет приближается к наблюдателю слева и отдаляется справа, делая левую сторону ярче.

Все это приводит к тому, что черная дыра становится намного ярче в центре и слева, как изображено на рисунке Люмине,  в отличии от черной дыры «Гаргантюа», созданной командой специалистов по графике Interstellar. «Реалистичный образ должен демонстрировать сильную асимметрию яркости диска, так что одна сторона намного ярче, а другая намного тусклее», — говорит он.

Результатом работы учёного является изображение, которое считается наиболее реалистичным. Более поздние компьютерные модели, созданные в НАСА показывают те же определяющие элементы — тонкое «кольцо фотонов» в центре, смещённый в результате допплеровского эффекта свет и двойной аккреционный диск, вызванный гравитационным линзированием. Так что для энтузиаста с перфокартами и тушью получилось совсем неплохо.