Что такое "тень" черной дыры?
Сами по себе черные дыры (ЧД) ничего не излучают и, следовательно, ненаблюдаемы. И их реальные массы и однозначно связанные с ними размеры до сих пор определялись астрономами достаточно хитроумными косвенными методами. Но в 2019 году назад был опубликован снимок тени сверхмассивной ЧД в центре одной из ближайших галактик М87. Снимок не самой ЧД, а лишь ее тени (тень ЧД - темное пятно в центре яркого круга, являющегося изображением вращающего вокруг ЧД аккреционного диска):
Но шум по поводу этого открытия поднялся большой. Почему? Диаметр тени ЧД, как и диаметр самой ЧД, однозначно связан с массой ЧД. Как конкретно связан и что понимать под тенью ЧД (термин весьма неудачный) - под катом.
ЧД обычно характеризуют радиусом ее горизонта событий (гравитационным радиусом). Этот радиус Rg = 2GM/c2, где М - масса ЧД, полностью находящаяся внутри сферы радиуса Rg. Понимать эту величину следует просто - для того, чтобы удалиться от ЧД с этого радиуса на бесконечность надо развить скорость (известную со школы вторую космическую скорость), равную скорости света.
Как и всякий массивный объект ЧД искривляет траектории лучей света (фотонов), загибая их к себе. Точно так поступает и Солнце, но в очень слабой степени. А ЧД - сильно. И чем ближе проходят траектории лучей к ЧД, тем сильнее она их загибает. Посмотрим на эту картинку:
На ней синяя сфера - ЧД радиуса Rg. И показан так называемый прицельный параметр b - минимальное расстояние, на которое фотон приблизился бы к центру ЧД, если бы двигался по прямой без учёта её гравитации. Это длина перпендикуляра из центра ЧД на эту прямую.
Гравитация искривляет траекторию фотона, причём тем сильнее, чем меньше b. И если прицельный параметр станет меньше ≈ 2,6Rg, то траектория фотона загнется к ЧД так, что фотон коснется гравитационного радиуса Rg и поглотится ЧД.
Если теперь развернуть движение фотонов в обратную сторону, то станет ясно, что из области с радиусом 2,6Rg вокруг чёрной дыры излучение к наблюдателю не попадает, поскольку начала лучей для неё лежат на горизонте событий ЧД. Это и будет "тень" чёрной дыры с радиусом 2,6Rg.
И увидев напрямую тень ЧД по ее диаметру астрономы смогли определить Rg и, значит, массу сверхмассивной ЧД в центре галактики М87. Она оказалась равной примерно 6,5 млрд. масс Солнца.
Этот результат получен почти на пределе возможностей приборной и вычислительной базы. Которая есть совокупность синхронизированно работающих радиотелескопов, разбросанных по всему земному шару и проводящих наблюдения на длине волны в 1,3 мм плюс более года работы мощных компьютеров для получения изображения, приведенного на верхнем фото.
Но шум по поводу этого открытия поднялся большой. Почему? Диаметр тени ЧД, как и диаметр самой ЧД, однозначно связан с массой ЧД. Как конкретно связан и что понимать под тенью ЧД (термин весьма неудачный) - под катом.
ЧД обычно характеризуют радиусом ее горизонта событий (гравитационным радиусом). Этот радиус Rg = 2GM/c2, где М - масса ЧД, полностью находящаяся внутри сферы радиуса Rg. Понимать эту величину следует просто - для того, чтобы удалиться от ЧД с этого радиуса на бесконечность надо развить скорость (известную со школы вторую космическую скорость), равную скорости света.
Как и всякий массивный объект ЧД искривляет траектории лучей света (фотонов), загибая их к себе. Точно так поступает и Солнце, но в очень слабой степени. А ЧД - сильно. И чем ближе проходят траектории лучей к ЧД, тем сильнее она их загибает. Посмотрим на эту картинку:
На ней синяя сфера - ЧД радиуса Rg. И показан так называемый прицельный параметр b - минимальное расстояние, на которое фотон приблизился бы к центру ЧД, если бы двигался по прямой без учёта её гравитации. Это длина перпендикуляра из центра ЧД на эту прямую.
Гравитация искривляет траекторию фотона, причём тем сильнее, чем меньше b. И если прицельный параметр станет меньше ≈ 2,6Rg, то траектория фотона загнется к ЧД так, что фотон коснется гравитационного радиуса Rg и поглотится ЧД.
Если теперь развернуть движение фотонов в обратную сторону, то станет ясно, что из области с радиусом 2,6Rg вокруг чёрной дыры излучение к наблюдателю не попадает, поскольку начала лучей для неё лежат на горизонте событий ЧД. Это и будет "тень" чёрной дыры с радиусом 2,6Rg.
И увидев напрямую тень ЧД по ее диаметру астрономы смогли определить Rg и, значит, массу сверхмассивной ЧД в центре галактики М87. Она оказалась равной примерно 6,5 млрд. масс Солнца.
Этот результат получен почти на пределе возможностей приборной и вычислительной базы. Которая есть совокупность синхронизированно работающих радиотелескопов, разбросанных по всему земному шару и проводящих наблюдения на длине волны в 1,3 мм плюс более года работы мощных компьютеров для получения изображения, приведенного на верхнем фото.