Τι έρχεται μετά τη φωτογράφηση του Ορίζοντα Γεγονότων μιας Μαύρης Τρύπας; Θα μπορούσαμε να δούμε τον Δακτύλιο Φωτονίων;
Το 2019 το τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT) μας έδωσε την πρώτη άμεση εικόνα μιας μαύρης τρύπας. Από τη μια πλευρά, η εικόνα που παρήγαγε ήταν μάλλον μη εντυπωσιακή. Μόνο ένα κυκλικό θάμπωμα φωτός που περιβάλλει μια σκοτεινή κεντρική περιοχή. Από την άλλη πλευρά, τα διακριτικά χαρακτηριστικά της εικόνας περιέχουν τεράστιες πληροφορίες σχετικά με το μέγεθος και την περιστροφή της μαύρης τρύπας. Οι περισσότερες λεπτομέρειες της εικόνας της μαύρης τρύπας θολώνουν από τα όρια του EHT. Αλλά η επόμενη γενιά EHT θα πρέπει να παρέχει μια πιο ευκρινή άποψη και θα μπορούσε να αποκαλύψει τη σκοτεινή άκρη του ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας.
Πώς το φως με ισχυρό φακό δημιουργεί έναν δακτύλιο φωτονίων. Πιστώσεις: Κέντρο Αστροφυσικής, Χάρβαρντ & Σμιθσόνιαν
Μια μαύρη τρύπα δεν εκπέμπει η ίδια φως. Όποιο φως το διασχίζει ορίζοντας γεγονότων είναι για πάντα παγιδευμένος. Ο λαμπερός δακτύλιος που βλέπουμε στην εικόνα EHT του M87* προκαλείται από τη ραδιοφωνική λάμψη φόντου αερίου και σκόνης που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα. Μέρος από αυτό το φως περνά πολύ κοντά στη μαύρη τρύπα και βαρυτικό φακό προς την κατεύθυνσή μας. Το πλησιέστερο όριο στο οποίο το φως μπορεί να διαπεράσει τη μαύρη τρύπα και να φτάσει σε εμάς είναι γνωστό ως δακτύλιος φωτονίων.
Αν μπορούσαμε να παρατηρήσουμε τέλεια τη μαύρη τρύπα, ο δακτύλιος φωτονίων θα ήταν μια λεπτή φωτεινή γραμμή. Μέρος του φωτός από τον δακτύλιο φωτονίων διασκορπίζεται πριν φτάσει σε εμάς και σε συνδυασμό με τα όρια ανάλυσης του EHT δημιουργεί τη θολή εικόνα που βλέπουμε. Όμως η επόμενη γενιά EHT θα έχει υψηλότερη ανάλυση και θα μπορεί να τραβήξει εικόνες σε μικρότερο χρονικό διάστημα. Αυτό θα επιτρέψει λεπτομερείς εικόνες όχι μόνο του M87*, αλλά και της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στον γαλαξία μας.
Διαφορετικές διαδρομές φωτονίων δημιουργούν στρώματα φωτός. Πιστώσεις: George Wong (UIUC) και Michael Johnson (CfA)
Ένα από τα πράγματα που θα μπορούσε να αποκαλύψει το ngEHT είναι πολλαπλά στρώματα φωτός με φακούς. Το μεγαλύτερο μέρος του φωτός που βλέπουμε γύρω από τη μαύρη τρύπα είναι αυτό του δακτυλίου φωτονίων. Δηλαδή το φως με ισχυρό φακό που βόσκησε τη μαύρη τρύπα. Αλλά λίγο φως θα κάνει έναν πλήρη βρόχο γύρω από τη μαύρη τρύπα πριν κατευθυνθούμε, και ένα μικρό ποσό θα κάνει πολλαπλούς βρόχους. Κάθε τύπος διαδρομής φωτονίων δημιουργεί ένα διαφορετικό στρώμα φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα. Αν μπορέσουμε να χωρίσουμε αυτά τα στρώματα, θα κατανοήσουμε καλύτερα τη φύση της βαρύτητας κοντά σε μια μαύρη τρύπα.
Και, ως πρόσφατο έγγραφο για τοarXivδείχνει, το ngEHT θα μπορούσε επίσης να μας βοηθήσει να διερευνήσουμε τον ίδιο τον ορίζοντα γεγονότων μιας μαύρης τρύπας. Η σκοτεινή κεντρική περιοχή της εικόνας M87* δεν είναι αυτή του ορίζοντα γεγονότων. Είναι απλώς μια σκιά της μαύρης τρύπας που προκαλείται από τον δακτύλιο φωτονίων. Αλλά εντός της κεντρικής περιοχής, θα πρέπει να υπάρχει μια εσωτερική σκιά. Μια σκιά του ορίζοντα γεγονότων. Όπως δείχνει αυτή η πρόσφατη εργασία, αυτή η εσωτερική σκιά δεν θα ήταν ένας απλός κύκλος. Το σχήμα του θα εξαρτιόταν από το μέγεθος και την περιστροφή της μαύρης τρύπας.
Το βαρυτικό πεδίο κοντά σε μια μαύρη τρύπα είναι τόσο ισχυρό που παραμορφώνει όχι μόνο τη λάμψη του δακτυλίου φωτονίων αλλά και τη σκιά του ορίζοντα γεγονότων. Έτσι, ενώ ο ορίζοντας γεγονότων είναι πραγματικά σφαιρικός, το δικό μαςθέατου ορίζοντα γεγονότων μπορεί να παραμορφωθεί από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας. Σε αυτήν την τελευταία εργασία, η ομάδα δείχνει πώς μπορούμε να παρατηρήσουμε τόσο τον δακτύλιο φωτονίων όσο και την εσωτερική σκιά. Συγκρίνοντας τα δύο θα αποκτούσαμε μια βαθιά κατανόηση της δυναμικής της μαύρης τρύπας, συμπεριλαμβανομένων πληροφοριών σχετικά με το πώς το φως και η ύλη συλλαμβάνονται από μια μαύρη τρύπα.
Με τον καιρό, ίσως τελικά μπορέσουμε να δούμε την ίδια τη σκοτεινή σκιά της βαρύτητας.
Αναφορά:Andrew Chael, et al. ' Παρατηρώντας την Εσωτερική Σκιά μιας Μαύρης Τρύπας: Μια Άμεση Προβολή του Ορίζοντα Γεγονότων .arXiv προεκτύπωσηarXiv: 2106.00683 (2021).