Dlouhá, pečlivá práce vědců z celého světa přinesla první přímý obraz horizontu událostí černé díry, supermasivního monstra zvaného M87.
Tento obrázek potvrdil mnoho našich představ o černých dírách.
Věda se však nezastavila, když přišla fotografie. Vědci provedli výpočty na základě toho, co se dozvěděli o M87, v kombinaci s obecnou relativitou, aby dále předpovídali, jak jednoho dne tyto objekty uvidíme podrobně.
Černé díry jsou neuvěřitelně gravitačně intenzivní. Nejen, že jsou tak masivní, že i rychlost světla je příliš pomalá, aby se zabránilo gravitačnímu tahu, ale také ohýbají cestu světla kolem nich, za horizont událostí.
Pokud se procházející foton dostane příliš blízko, bude na oběžné dráze kolem černé díry. Tím se vytvoří takzvaný „fotonický prsten“ nebo „fotonová koule“, dokonalý světelný prstenec, o kterém se předpokládá, že obklopí černou díru podél vnitřního okraje akrečního disku, ale mimo horizont událostí.
Je také známá jako nejstabilnější vnitřní oběžná dráha a můžete ji vidět na obrázku níže, který vytvořil astrofyzik Jean-Pierre Luminet v roce 1978.
(Jean-Pierre Luminet)
Modely prostředí černé díry naznačují, že fotonický prsten by měl vytvořit složitou substrukturu složenou z nekonečných prstenců světla – trochu jako efekt, který vidíte v nekonečném zrcadle.
„Obraz černé díry ve skutečnosti obsahuje vnořené série prstenů,“ vysvětlil astrofyzik Michael Johnson z Harvard-Smithsonianova centra pro astrofyziku.
“Každý následující prsten má zhruba stejný průměr, ale stává se stále„ ostřejším “, protože jeho světlo se několikrát otáčí kolem černé díry, než se dostane k pozorovateli.”
(Event Horizon Telescope)
Na této historické první fotografii M87 (nahoře) vidíme akreční disk – zářící oranžovo-zlatý kousek. Černá část ve středu je stín černé díry. Ve skutečnosti nemůžeme vidět fotonovou sféru, protože rozlišení není dostatečně vysoké, aby bylo možné ji rozeznat, ale musí být umístěno podél okraje stínu černé díry.
Pokud jsme to mohli vidět, pak nám tento prsten řekne velmi důležité věci o černé díře. Velikost prstenu nám může říci hmotnost, velikost a rychlost černé díry. Můžeme je identifikovat z akrečního disku, ale fotonový prsten by nám umožnil dále omezit data pro přesnější měření.
„Každý prsten se skládá z fotonů, které jsou na obrazovce pozorovatele objektivem poté, co byly shromážděny fotonickou skořápkou odkudkoli ve vesmíru,“ píší vědci ve svém příspěvku.
Proto v idealizovaném prostředí bez absorpce obsahuje každý prsten samostatný exponenciálně zkreslený obraz celého vesmíru, přičemž každý následující prsten zachycuje viditelný vesmír. Společně je soubor podobný filmovým záznamům, které zachycují historii viditelného vesmíru při pohledu z černé díry. “
Johnson a jeho tým tedy pomocí simulací určili, zda lze fotonové prstence detekovat při budoucích pozorováních. Zjistili, že by to bylo možné, i když by to nebylo snadné.
Záběr M87 byl výkon vynalézavosti a spolupráce. Dalekohledy po celém světě společně vytvořily velmi dlouhý základní interferometr zvaný horizont událostí, kde lze vypočítat přesné vzdálenosti a časové rozdíly mezi dalekohledy v poli, aby se jejich pozorování spojilo. Je to – velmi, velmi jednoduché – jako mít jeden dalekohled o velikosti Země.
“To, co nás opravdu překvapilo, je to, že vnořené prstence jsou téměř neviditelné pouhým okem v obrazech – dokonce i v dokonalých obrazech – ale jsou to silné a jasné signály pro pole dalekohledů zvaných interferometry,” řekl Johnson.
Studie byla publikována v časopise Science Advances.
Zdroje: Foto: Fotony obíhající kolem černé díry. (Nicole R. Fuller / NSF)
