Горизонт событий чёрной дыры невидим. Свет, пересекающий его, не может вернуться к телескопу, поэтому астрономы не фотографируют саму чёрную дыру в привычном смысле. Они находят её, измеряя, как её гравитация воздействует на соседние звёзды, газ и даже на путь света.
Это тот случай, когда отсутствие света не означает отсутствия доказательств. Компактный объект, весящий в несколько раз больше Солнца, может выдать себя через орбиту звезды-компаньона. Сверхмассивная чёрная дыра способна заявить о себе через центральные звёзды галактики, раскалённый газовый диск или джет, протянувшийся через космос.
Звёзды движутся вокруг чего-то невидимого
Самые чистые доказательства часто даёт движение. Если звезда ускоряется вокруг невидимого спутника, астрономы могут измерить орбиту и вычислить массу невидимого объекта. Когда эта масса сжата в область, слишком малую для обычного звёздного скопления или другого известного объекта, лучшим объяснением становится чёрная дыра. Звёзды вблизи центра Млечного Пути дают знаменитый пример: отслеживая их быстрые и тесные орбиты вокруг Стрельца A*, исследователи измерили концентрацию примерно четырёх миллионов солнечных масс в очень небольшом объёме. Звёзды видны; объект, управляющий их движением, — нет.
Горячий газ излучает рентген
Чёрная дыра может перетягивать газ со звезды-компаньона. Газ закручивается в аккреционный диск, где трение и стремительное движение разогревают его до миллионов градусов, и этот диск испускает рентгеновские лучи, которые улавливают космические телескопы. Рентген приходит от материи, находящейся снаружи горизонта событий, до того как она пересечёт точку невозврата. Характер рентгеновского излучения может показать, насколько быстро движется газ и как система меняется со временем. Некоторые чёрные дыры также запускают узкие джеты частиц, летящие почти со скоростью света; такие джеты светятся в радио-, видимом, ультрафиолетовом и рентгеновском диапазонах.
Когда чёрная дыра разрывает звезду
Иногда доказательство приходит в виде внезапной вспышки. Если звезда проходит слишком близко к сверхмассивной чёрной дыре, приливные силы растягивают её в поток, а обломки образуют яркий временный диск, способный затмить родительскую галактику. Астрономы называют это событием приливного разрушения. Такие события полезны, потому что могут обнаружить чёрные дыры, которые в остальном ведут себя тихо. Обсерватория NASA Swift недавно использовала одну из таких вспышек для изучения возможной сверхмассивной чёрной дыры далеко от центра её галактики.
Рябь в пространстве-времени
Сливающиеся чёрные дыры не обязаны производить яркую вспышку. Когда два массивных объекта сближаются по спирали, они посылают сквозь пространство-время гравитационные волны. Детекторы LIGO, Virgo и KAGRA измеряют крошечные изменения длины своих плеч, вызываемые этими волнами. Форма сигнала раскрывает массы и спины слившихся объектов, и этот метод позволяет находить чёрные дыры даже там, где вокруг них мало видимой материи или её нет вовсе.
Гравитация умеет искривлять свет
Одиночную чёрную дыру можно найти и через гравитационное линзирование: её гравитация искривляет и на короткое время усиливает свет более далёкой звезды. Чёрная дыра на переднем плане может оставаться тёмной, но изменение яркости и положения фоновой звезды способно выдать её прохождение. В 2019 году телескоп Event Horizon Telescope получил радиоизображение светящегося вещества вокруг чёрной дыры в галактике M87. Тёмный центр на этом снимке — тень, отбрасываемая чёрной дырой на фоне света окружающей плазмы, а не фотография горизонта событий, излучающего свет.
Каждый метод отвечает на свой вопрос. Орбиты измеряют массу, аккреционные диски показывают разогретую материю, события приливного разрушения обнажают спокойные сверхмассивные чёрные дыры, гравитационные волны фиксируют слияния, а линзирование находит изолированные объекты. Вместе они складываются в убедительную картину, даже если заглянуть за горизонт событий никто не может. Астрономы ищут не светящуюся чёрную поверхность, а возмущение, оставленное объектом, чья определяющая черта — то, что свет не может его покинуть.
Источники:
Материал подготовлен на основе данных наблюдений центра Млечного Пути, рентгеновских обсерваторий, гравитационно-волновых детекторов LIGO, Virgo и KAGRA, события приливного разрушения, изученного NASA Swift, а также изображения Event Horizon Telescope галактики M87.
Ваш комментарий