Самое удивительное в свете то, что ему требуется время, чтобы пройти через пространство. По этому простому факту, когда мы смотрим на Вселенную, мы видим не снимок, а историю. Фотоны, которые мы улавливаем с помощью наших телескопов, рассказывают нам о своем путешествии. Это особенно верно, когда в игру вступает гравитация, поскольку гравитация искривляет и искажает путь света. В недавнем исследовании команда показывает нам, как мы могли бы использовать этот факт для лучшего изучения черных дыр.
Рядом с черной дырой наша интуиция о поведении света нарушается. Например, если мы представим вспышку света в пустом пространстве, мы понимаем, что свет от этой вспышки распространяется во всех направлениях, как рябь на пруду. Если мы наблюдаем эту вспышку издалека, мы знаем, что свет прошел по прямой линии и достиг нас. Это не так вблизи черной дыры.
Гравитация черной дыры настолько сильна, что свет никогда не распространяется по прямой. Если рядом с черной дырой произойдет вспышка, часть света пойдет прямо к нам, а часть света улетит от нас только для того, чтобы гравитационно охватить заднюю часть черной дыры и направиться в нашем направлении. Некоторое количество света совершит полный оборот вокруг черной дыры, прежде чем достигнет ее. Или две петли, или три. На каждом пути свет проходит разное расстояние, чтобы достичь нас, и, следовательно, достигает нас в разное время. Вместо того, чтобы наблюдать одну вспышку, мы видим отголоски вспышки в каждом путешествии.
В принципе, поскольку каждое эхо движется по разному пути, время появления этих эхо позволило бы нам более четко нанести на карту область вокруг черной дыры. Эхо расскажет нам не только о массе и вращении черной дыры; они также позволили бы нам проверить пределы общей теории относительности. Единственная проблема заключается в том, что при текущих наблюдениях эхо в данных смешивается. Мы не можем различить разные эхо.
Именно здесь на помощь приходит новое исследование. Команда предлагает наблюдать за черной дырой с помощью двух телескопов: одного на Земле и одного в космосе. Каждый телескоп будет иметь немного разный вид на черную дыру. С помощью интерферометрии с длинной базой два набора данных можно было бы скоррелировать, чтобы различить эхо. В своей работе команда провела десятки тысяч симуляций светового эха от сверхмассивной черной дыры, похожей на ту, что находится в галактике M87. Они продемонстрировали, что интерферометрию можно использовать для обнаружения коррелированных световых эхо.
Создать такой интерферометр было бы непросто, но это вполне соответствовало бы нашим инженерным возможностям. Возможно, в будущем мы сможем наблюдать отголоски света, чтобы исследовать черные дыры и некоторые из самых глубоких загадок гравитации.
Ссылка: Вонг, Джордж Н. и др. «Измерение световых эхо черных дыр с помощью интерферометрии со очень длинной базой». Письма из астрофизического журнала 975.2 (2024): Л40.
