Застосувавши нові обчислювальні алгоритми, науковці виявили чітке кільце світла, яке, за прогнозами, походить від фотонів, що обертаються навколо надмасивної чорної діри.
Коли в 2019 році вчені оприлюднили перше в історії людства зображення чорної діри — на якому зображене темне ядро, оточене світлом від речовини, що падає на нього — вони вірили, що дані спостережень дозволять як отримати ще більш інформативні зображення, так і спонукають появі нових ідей.
Комп’ютерні моделі вказують на те, що за яскраво-помаранчевим світінням має існувати тонке яскраве кільце світла, створене фотонами, які чорна діра «тримає» навколо себе завдяки сильній гравітації.
Тепер група дослідників об’єднала теоретичні передбачення та складні алгоритми отримання зображень, щоб «переробити» оригінальні знімки надмасивної чорної діри в центрі галактики M87, вперше отримані Телескопом горизонту подій (Event Horizon Telescope, EHT) у 2019 році. Отримані результати, оприлюднені The Astrophysical Journal (ApJ), узгоджуються з теоретичними передбаченнями та вказують на нові способи дослідження цих таємничих об’єктів, які, як вважають астрономи, містяться в центрі більшості галактик.
«Для створення спеціальної моделі обробки даних від EHT ми застосували підхід, заснований на теоретичних уявленнях про вигляд цих чорних дір», — сказав Домінік Пеше (Dominic Pesce), співавтор дослідження з Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики і учасник колаборації EHT. «Наша модель дає змогу розкласти реконструйоване зображення на дві частини, які нам найцікавіші. І ми можемо досліджувати обидві частини окремо, а не змішувати разом».
Результат став можливим завдяки тому, що EHT є «обчислювальним інструментом за своєю суттю», — сказав Ейвері Бродерік (Avery Broderick), який керував дослідженням. Він очолює кафедру Джона Арчібальда Вілера в Інституті Периметра. «Резульати спостережень так само залежать від алгоритмів, як і від “заліза”. Новітні алгоритми дали нам змогу досліджувати головні характеристики зображення й відтворити його частину за даними спостережень, отриманими за наявної роздільної здатності EHT».
Щоб досягти цього результату, наукова група використала розроблене нею програмне забезпечення для обробки зображень під назвою THEMIS, яке дозволило виділити чіткі особливості кільця з оригінальних спостережень чорної діри в M87, а також виявити помітний відбиток потужного струменя, що виривається назовні з чорної діри.
Співавтор дослідження Хун-Ї Пу (Hung-Yi Pu), доцент Національного педагогічного університету Тайваню, зазначив, що «виділяючи» елементи зображення «можна чітко виявити середовище навколо чорної діри».
Тривалий час чорні діри вважали невидимими, поки науковці не витягли їх із схованки за допомогою мережі телескопів, що охоплює земну кулю, відомої як EHT. Спрямувавши вісім радіотелескопів, встановлених в обсерваторіях на чотирьох континентах і пов’язаних між собою за допомогою наносекундної синхронізації, на одну точку в небі, дослідники EHT у такий спосіб в 2017 році спостерігали дві чорні діри.
Колаборація EHT вперше оприлюднила зображення надмасивної чорної діри в галактиці M87 у 2019 році. Пізніше у 2022 році вони отримали зображення відносно невеликої чорної діри під назвою Стрілець A* (або Sgr A*) в центрі нашої галактики Молочний Шлях.
Надмасивні чорні діри лежать в центрі більшості галактик, накопичуючи неймовірну кількість маси та енергії в невеликому просторі; чорна діра в галактиці M87, наприклад, у 2 квадрильйони (це двійка з 15 нулями) разів масивніша, ніж Земля.
Зображення надмасивної чорної діри в M87, яке науковці оприлюднили в 2019 році, було знаковим відкриттям, але дослідники вважали, що вони все ще можуть покращити зображення і здобути додаткові наукові результати. Застосувавши нове програмне забезпечення для обробки вихідних даних за 2017 рік, наукова група змогла зосередити увагу на тій частині спостережних даних, джерелом яких є явища, які, згідно з теоріями та моделями, приховані. Нещодавно розроблена методика тільки тепер демонструє свою перспективність на основі наявних даних EHT за 2017 рік.
«Оскільки ми продовжуємо додавати нові телескопи та створювати наступне покоління EHT, підвищення якості та кількості даних дозволить нам накласти більш чіткі обмеження на ці сигнали, які ми тільки зараз бачимо вперше», — сказав співавтор дослідження Пол Тід (Paul Tiede), астрофізик Гарвард-Смітсонівського центру астрофізики та науковий співробітник EHT в міждисциплінарному центрі «Почин чорної діри Гарвардського університету» (Harvard University's Black Hole Initiative).
За інф. з сайту https://pweb.cfa.harvard.edu підготував Іван Крячко
