Почему черные дыры не кажутся черными на изображениях галактик, полученных с HST?

Типичная гигантская галактика, такая как та, которую вы представили, имеет радиус около$10\;\rm kpc$(килопарсек -$1\;\rm pc \approx 3.2\;ly$).

Сверхмассивная черная дыра, находящаяся в такой галактике, имеет массу примерно$10^6-10^9\;\rm M_\odot$(солнечная масса,$1\;\rm M_\odot \approx 2\times10^{30}\; kg$). Чудовищные черные дыры с массой в миллиард солнечных на самом деле встречаются только в особенно больших эллиптических телах; галактика на вашей фотографии, вероятно, имеет массу от одной до нескольких миллионов солнечных. Радиус горизонта такой черной дыры будет порядка радиуса Шварцшильда , поэтому:

Таким образом, сверхмассивная черная дыра примерно в 100 миллиардов раз меньше по радиусу, чем галактика, НАМНОГО меньше, чем пиксель на картинке, подобной той, что вы показываете.

Кроме того, в центральной части галактики находится много звезд, и многие из них будут находиться близко (или примерно перед) черной дырой, не говоря уже об облаках внутригалактического газа, которые могут закрывать обзор черной дыры.

Тем не менее, с помощью интерферометрии с очень длинной базой становится возможным сделать «фотографии» пары близлежащих черных дыр. Я не думаю, что есть какие-либо удачные изображения, но мы, вероятно, получим их в ближайшие 3 года или около того, используя телескоп Event Horizon . Прогноз того, что мы увидим:

Формирование изображения довольно сложно (документ, на который я ссылаюсь позже, дает много кровавых подробностей, если вам интересно). Во-первых, обратите внимание, что это «ложный цвет», цвет указывает на интенсивность излучения от синего (низкий) до белого (высокий). Фотоны исходят от горячего газа диска («аккреционного диска»), который, как ожидается, находится вблизи многих черных дыр. Те, что на картинке, — это те, которые приближаются к черной дыре, но не входят в нее. Из-за искривления пространства-времени фотоны могут вращаться вокруг дыры и накапливаться на этих «фотонных орбитах». Орбиты расположены на расстоянии нескольких радиусов Шварцшильда от отверстия. Орбиты нестабильны, поэтому некоторые фотоны в конце концов погружаются в дыру, а другие улетают прочь — это те, что на картинке. Сильная асимметрия изображения (пока вы d ожидать, что ЧД будет очень симметричной) связано с тем, что источник света (аккреционный диск) не является сферически симметричным, а лишь приблизительно осесимметричным - он может быть искривлен, иметь яркие и тусклые пятна и т.д. сторона изображения ярче, потому что, как правило, одна сторона релятивистски направлена ​​к нам, а другая — прочь. Это максимально похоже на черную дыру, «выглядящую черной». Вокруг «лица» дыры на картинке вращаются фотоны, но ни один из них не достигает нас с этого направления, поэтому дыра на изображении кажется черной. Одна сторона изображения ярче, потому что обычно одна сторона релятивистски направлена ​​к нам, а другая — прочь. Это максимально похоже на черную дыру, «выглядящую черной». Вокруг «лица» дыры на картинке вращаются фотоны, но ни один из них не достигает нас с этого направления, поэтому дыра на изображении кажется черной. Одна сторона изображения ярче, потому что обычно одна сторона релятивистски направлена ​​к нам, а другая — прочь. Это максимально похоже на черную дыру, «выглядящую черной». Вокруг «лица» дыры на картинке вращаются фотоны, но ни один из них не достигает нас с этого направления, поэтому дыра на изображении кажется черной.

Мне особенно понравилось читать одну статью о более теоретических аспектах этих изображений черных дыр: проверка теоремы об отсутствии волос с помощью наблюдений Стрельца A* с помощью телескопа горизонта событий . Он включает в себя больше смоделированных изображений с разрешением, более близким к тому, что мы реально достигнем с помощью EHT.