Почему черная дыра не белая?

Здесь происходит то, что вы были введены в заблуждение, думая, что кольцеобразная структура имеет какое-то отношение к аккреционному диску. Это не так, или, по крайней мере, только косвенно.

Диск считается геометрически толстым, но оптически тонким (см. разделы 1 и 2 статьи V , опубликованной коллаборацией Event Horizon Telescope 10 апреля 2019 г.). На самом деле это противоположность диска, изображенного в фильме «Интерстеллар».

Поскольку диск геометрически толстый, он покрывает всю картину. Поскольку он оптически тонкий, мы можем видеть сквозь него черную дыру. Это основной ответ на ваш вопрос.

В оптически тонкой плазме яркость, которую вы увидите, пропорциональна длине оптического пути (физическая длина, умноженная на коэффициент поглощения) вдоль этой линии обзора. Фотонное кольцо отмечает идущее к нам излучение, которое огибало черную дыру или даже несколько раз вращалось вокруг нее. Следовательно, эти линии обзора имеют большую длину оптического пути, и именно поэтому мы видим это как яркое кольцо.

Излучение, идущее к нам из плазмы перед черной дырой, имеет малую длину оптического пути и не очень яркое. Кроме того, линии взгляда на плазму за черной дырой не могут проходить через черную дыру или даже приближаться к горизонту событий. Отсюда и круговая «тень» внутри фотонного кольца.

Изображение черной дыры, которое вы видели, не является фотографией в традиционном понимании. Традиционная фотография создается, когда видимый свет падает на цифровой датчик или пленку в камере.

Тот образ M87, который вы видели, был создан в результате тщательно продуманной, сложной, охватывающей весь земной шар и трудоемкой операции.

Начнем с того, что используемые телескопы были радиотелескопами. Эти радиотелескопы «видят» радиоволны с длиной волны 1,3 мм, как мы видим видимый свет, длина волны которого варьируется от фиолетового (380 нанометров) до красного (700 нанометров). Думайте об этом как об инфракрасном зрении или ночном видении.

Восемь радиотелескопов по всему миру были направлены на одну и ту же черную дыру в одно и то же время в течение четырех дней. Каждый радиотелескоп собирал огромное количество данных, наблюдая черную дыру в радиоспектре , а не в спектре видимого света. По данным сайта Event Horizons Telescope , каждый из восьми радиотелескопов производил около 350 терабайт данных в сутки. Эти данные наблюдения радиоспектра были снабжены временными метками с использованием чрезвычайно точных атомных часов в каждом месте.

Затем данные отправлялись в суперкомпьютерные центры для обработки алгоритмом. Компьютерные алгоритмы работают, сопоставляя данные с разных телескопов с использованием точных временных меток и выравнивая наблюдаемые данные в пространстве. Этот процесс называется интерферометрией со сверхдлинной базой (РСДБ) . Основная идея заключается в том, что если вы возьмете два разных наблюдения за одним и тем же объектом из разных мест и синхронизируете их. Это помогает устранить атмосферный шум, видя, что общего у обоих разных изображений. Хотя это может показаться очень искусственным процессом, он очень эффективен для устранения шума.

Таким образом, изображение, которое вы видите, является результатом компьютерного алгоритма, обрабатывающего радионаблюдения за черной дырой из 8 разных мест на Земле. Выбор цвета, вероятно, был сделан учеными-компьютерщиками, написавшими алгоритм, но, по-видимому, он имеет некоторое отношение к интенсивности наблюдаемой радиоэнергии: чем больше энергии, тем ярче, а темные пятна с меньшей энергией кажутся более красными или более темными. черный. Этот выбор цвета может иметь смысл, потому что сильная гравитация черной дыры будет иметь тенденцию к красному смещению.любой свет, исходящий поблизости или проходящий вблизи черной дыры. С другой стороны, черные дыры обладают огромной энергией в широком спектре электромагнитной энергии. Сообщения из первых рук о ядерных взрывах, высвобождающих рентгеновские и гамма-лучи, а также другую энергию в дальнем ультрафиолетовом диапазоне, описывались как имеющие всевозможные экзотические цвета .

Хотя это может показаться немного разочаровывающим, стоит отметить, что видимый свет не распространяется в пространстве так же, как радио. Радио намного лучше проникает в пыль и газ, а также во все мешающие космические обломки. Видимый свет имеет тенденцию блокироваться и повторно поглощаться. Подумайте о сигналах Wi-Fi (радио) и видимом свете. Wi-Fi проникает сквозь стены, а видимый свет блокируется стенами, занавесками и т. д. На веб-сайте EHT есть полезная инфографика по РСДБ .

Черная часть в центре изображения действительно представляет некоторые направления, с которых к телескопам поступает меньше энергии. Я считаю, что интенсивность в его середине примерно в 10 раз ниже, чем в ярком кольце вокруг него. Так что в этом смысле это действительно темное пятно.

В газетах она описывается как «тень» черной дыры, хотя даже это слово «тень» несколько растянуто. По сути, свет, который «должен был бы» прийти к нам с этого направления, был отклонен гравитацией.