Тень черной дыры колеблется, давая представление о динамике аккреционного диска

В прошлом году в рамках проекта Event Horizon Telescope было получено первое изображение тени сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. Теперь исследователи объединили эти данные с более ранними наблюдениями, чтобы показать, что тень качалась за последнее десятилетие, открывая новое окно в процессы, происходящие в аккреционном диске черной дыры.

После публикации первого изображения тени сверхмассивной черной дыры в прошлом году исследователи, изучающие данные, собранные телескопом Event Horizon в период с 2009 по 2013 год, обнаружили, что тень на самом деле колеблется и значительно вращается за последнее десятилетие.

Колебание - это индикатор динамического потока материала, бегущего вокруг черной дыры в аккреционном диске, нагретого до миллиардов градусов по спирали внутрь. Возможность непосредственно наблюдать процессы, происходящие в аккреционном диске около черной дыры, может пролить свет на то, как возникают релятивистские джеты и другие явления с высокой энергией.

"Поскольку поток материи, падающий на черную дыру, турбулентный, мы видим, что кольцо колеблется со временем", — говорит Мацик Вильгус, астроном Гарвардского и Смитсоновского центра астрофизики и ведущий автор статьи в "Астрофизическом журнале".

"На самом деле, мы видим здесь довольно много вариаций, и не все теоретические модели аккреционного потока допускают такую ​​вариативность", — добавил он. "По мере того, как мы получим больше измерений в будущем, мы сможем с уверенностью наложить ограничения на модели и исключить некоторые из них".

Рассматриваемая черная дыра - M87 * - расположена в центре гигантской эллиптической галактики с триллионами звезд в скоплении Девы примерно в 54 миллионах световых лет от Земли. Средняя масса центральной черной дыры составляет 6,5 миллиарда солнц.

Телескоп Event Horizon состоит из глобальной сети электронно связанных радиотелескопов, которые действуют вместе как интерферометр размером с Землю. Знаменитое изображение тени M87 * было основано на относительно коротком наблюдательном окне, которое было недостаточно длинным, чтобы показать движение в коротких временных масштабах.

"EHT может обнаруживать изменения в морфологии M87 в течение всего нескольких дней, но его общая геометрия должна быть постоянной в течение длительного времени", - сказал Вильгус. "В 2019 году мы впервые увидели тень черной дыры, но мы видели только изображения, наблюдаемые в течение недельного окна, что слишком мало, чтобы увидеть много изменений".

Но объединив эти данные с более ранними наблюдениями, сделанными, когда EHT использовала меньшее количество связанных обсерваторий, исследователи смогли выявить поведение тени за последнее десятилетие, показав отчетливое колебание и вращение.

Это колебание является прямым индикатором потока газа вокруг черной дыры, проливая свет - буквально - на динамические процессы, происходящие возле дыры, где мощные магнитные поля создают турбулентность. И это может дать понимание других малоизученных явлений, таких как генерация релятивистских джетов.

"Морфология релятивистского джета - например, истечение с низкой плотностью чрезвычайно энергичных частиц и полей - является ключом к пониманию взаимодействия с окружающей средой в галактике, в которой находится черная дыра", — сказал Ричард Анантуа, постдок из CFA.

Он добавил, что динамика колебания, наблюдаемая на M87 *, "позволит нам ограничить поток аккреции". Это важно, потому что "аккреционный поток содержит материю, которая приближается к черной дыре достаточно близко, чтобы мы могли наблюдать эффекты сильной гравитации, а в некоторых обстоятельствах позволяет нам проверять предсказания общей теории относительности".