Астрономы предложили способ получения детального изображения фотонного кольца черной дыры — близкой к горизонту событий области, где фотоны двигаются по замкнутым траекториям, прежде чем направиться в сторону наблюдателя. Согласно результатам исследования, опубликованным в журнале Acta Astronautica, для наблюдения потребуется комплекс антенн, находящихся в космическом пространстве.
Черные дыры представляют собой структуры, состоящие из искривленного пространства-времени и характеризующиеся наличием горизонта событий — границы, события за которой принципиально не наблюдаемы для внешнего наблюдателя. Однако существует еще одна характерная для черных дыр особенность — фотонная оболочка, представляющая собой область, где фотоны могут делать множество витков по круговым орбитам. Эта область нестабильна из-за гравитационных флуктуаций, поэтому фотоны рано или поздно покидают орбиты.
Предполагается, что если горизонт событий имеет радиус R, то фотонная оболочка имеет радиус 1,5R. Ни горизонт событий, ни фотонную оболочку нельзя наблюдать непосредственно, однако вокруг черной дыры существует фотонное кольцо радиусом 2,6R. Это кольцо представляет собой тонкий круг света, возникающий из-за того, что фотоны совершают несколько витков в максимальной близости от черной дыры, прежде чем начать движение к наблюдателю. У вращающихся черных дыр картина фотонного кольца сложнее, поскольку фотоны приобретают энергию в направлении вращения.
В новом исследовании ученые предложили создать совокупность космических интерферометров со сверхдлинной базой, чтобы получить четкие изображения фотонного кольца. Антенны могут быть размещены на широкой околоземной орбите или на орбите точки Лагранжа L2 между Землей и Луной.
Это позволит получить базовую линию, намного превышающую диаметр Земли. Обе эти функции позволят астрономам получать изображения сверхмассивных черных дыр M87* и Sag A* с более высоким разрешением, чем это было достигнуто коллаборацией Event Horizon Telescope, и наблюдать их фотонные кольца. Предлагаемый телескоп также сможет получать изображения с более низким разрешением других сверхмассивных черных дыр, например, в галактике Андромеды.