УЧЕНЫЕ СОРЕВНУЮТСЯ ЗА СЪЕМКОЙ ЧЕРНЫХ ДЫР В 3D
В 2019 году мир астрофизики потрясла первая прямая фотография черной дыры. Размытое оранжевое кольцо, окружавшее сверхмассивную черную дыру M87*, находящуюся на расстоянии 55 миллионов световых лет, стало одним из важнейших достижений астрономии — оно подтвердило существование объектов с такой сильной гравитацией, что даже свет не может покинуть их пределы. Три года спустя была запечатлена вторая черная дыра — Стрелец A*, находящаяся в центре нашей галактики. Эти изображения поразили миллиарды людей и открыли новые горизонты в науке о черных дырах.
Однако эти groundbreaking изображения предоставили лишь фрагментарное представление о том, что на самом деле происходит вокруг черных дыр. Это были лишь двумерные кадры, которые не могли показать, как движется плазма, как магнитные поля направляют энергию в колоссальные струи и как сам пространство-время изгибается под воздействием такой мощной гравитации.
Новый исследовательский проект стоимостью 4 миллиона фунтов стерлингов может изменить эту ситуацию. Доктор Казунори Акияма, со-лидер команды, создавшей первые фотографии черных дыр, объединяется с профессором Ивом Виа в Университете Хериот-Уатт, чтобы разработать то, что они называют «динамической гравитационной томографией». Вместо статичных изображений они намерены создавать 3D-фильмы, которые покажут, как плазма течет и меняется вокруг черных дыр с течением времени.
Телескоп горизонта событий, который сделал первые снимки, работает, комбинируя радиообсерватории, расположенные по всему миру, создавая виртуальный телескоп размером с Землю с невероятно четким разрешением. Однако преобразование неполных данных с этой сети телескопов в согласованные изображения требует сложных вычислительных алгоритмов. Доктор Акияма разработал один из этих алгоритмов для оригинальных фотографий черных дыр, в то время как профессор Виа внедрил техники искусственного интеллекта, позволяющие восстанавливать изображения из фрагментарных данных, что сейчас трансформирует множество научных областей.
Проект TomoGrav откроет динамику, которая оставалась скрытой до сих пор. Черные дыры вращаются, и это вращение определяет, сколько энергии может быть извлечено из падающего вещества, что приводит к формированию колоссальных струй, простирающихся на тысячи световых лет и влияющих на формирование и эволюцию галактик. Ученые могут наблюдать эти струи, но не могут увидеть, как они образуются. Временные 3D-карты магнитных полей и плазмы вокруг черных дыр покажут этот процесс в действии, демонстрируя, как вещество, спиралеобразно уходя внутрь, генерирует магнитные поля, которые направляют энергию наружу.
Кроме того, исследование обещает провести самые строгие испытания теории относительности Эйнштейна в экстремальных условиях. Команда будет работать с предложенной космической миссией Black Hole Explorer, целью которой является точное изображение фотонных колец — света, который многократно обошел черную дыру перед тем, как вырваться. Эти измерения позволят исследовать гравитацию в тех областях, где она наиболее сильно деформирует пространство-время.
