Фильм о черной дыре: кадры как машины времени, утверждают физики
Фотография обычно воспринимается как запечатление одного момента. Однако вблизи черных дыр это правило нарушается из-за сильного искривления пространства-времени. Свет, попадающий в один кадр, может быть испущен в разные моменты и пройти к наблюдателю по различным траекториям. Эту информацию сообщает издание Science XXI.
Физики Даниэль Рохас-Патернина из Национального университета Колумбии и Алехандро Карденас-Авенданьо из Университета Уэйк-Форест исследовали, в каких случаях необходимо учитывать разницу во времени распространения света. Их работа принята к публикации в журнале Physical Review D и посвящена моделированию изображений вещества, окружающего черные дыры.
Ученым удалось получить изображения двух сверхмассивных черных дыр — M87* и Sagittarius A* в центре Млечного Пути. На этих снимках видна темная область, окруженная светящимся кольцом горячего газа аккреционного диска. Саму черную дыру камеры не фиксируют, так как свет из ее области не выходит.
В традиционной модели «быстрого света» изображение рассчитывается как единый снимок состояния газа, не учитывая различия во времени прихода фотонов. Более точная модель «медленного света» сохраняет эти задержки, но требует значительно больше вычислительных ресурсов. Разница становится важной, если газ возле черной дыры быстро меняется, вспыхивает и образует вихри.
Авторы предложили промежуточный подход, названный «бодрым светом». Он сохраняет основную структуру временных задержек, но требует меньше вычислений, чем полный расчет по модели «медленного света». По оценкам исследователей, этот метод в ряде случаев дает результаты, близкие к более точной модели.
Существующие изображения M87* и Sagittarius A* пересматривать не потребуется: для условий наблюдений Телескопа горизонта событий модель «быстрого света» остается применимой. Однако будущие обсерватории могут исследовать тонкие структуры, включая фотонные кольца, где время прихода света становится частью сигнала. В таких наблюдениях один кадр будет объединять излучение, возникшее в нескольких разных моментах.
