Смогут ли современные телескопы подтвердить или опровергнуть Общую теорию относительности?
Сравнение смоделированных изображений сверхмассивной черной дыры из Общей теории относительности (ОТО) с изображениями черных дыр из альтернативных теорий гравитации показало, что мощность современных радиотелескопов не позволяет их различить, и, следовательно, проверить предсказания Эйнштейна.
«Наши результаты показывают, что существуют теории гравитации, в которых черные дыры могут маскироваться под эйнштейновские, поэтому нам потребуются новые методы анализа данных проекта EHT, призванного впервые в истории получить изображение горизонта событий сверхмассивной черной дыры в центре Млечного Пути», – рассказывает Лучано Реццолла, соавтор исследования из Университета им. Гете (Германия).
Одним из фундаментальных предсказаний ОТО является существование черных дыр. Несмотря на недавнее обнаружение гравитационных волн от слияния таких объектов, прямые доказательства с использованием электромагнитных волн остаются неуловимыми, и астрономы продолжают их поиски с помощью радиотелескопов.
Не все лучи света (или фотоны), испускаемые падающей в черную дыру материей, захватываются горизонтом событий. Некоторые из них в итоге достигнут наших инструментов, поэтому, когда черная дыра наблюдается непосредственно, она должна выглядеть как тень на фоне неба. Размер и форма этой тени будут зависеть от свойств черной дыры. И поскольку наибольшие отклонения от ОТО ожидаются очень близко к горизонту событий, а альтернативные теории гравитации по-разному предсказывают параметры тени, прямые наблюдения сверхмассивной черной дыры Стрелец A* в сердце Млечного Пути представляют собой очень перспективный подход для проверки предсказаний Эйнштейна.
В своей работе астрофизики из Университета им. Гете и сотрудники проекта «BlackHoleCam» попытались выяснить, можно ли отличить «керровскую» черную дыру из ОТО от «дилатонной» черной дыры из альтернативной теории гравитации. Исследователи изучили эволюцию вещества, падающего в два совершенно разных типа черных дыр, и рассчитали испускаемое им излучение. Кроме этого, в моделировании были использованы реалистичные симуляции аккреционных дисков с почти идентичными начальными параметрами.
После построения изображений ученые привели их к тем, которые могут получить реальные радиотелескопы, очевидно, обладающие ограниченной точностью измерений. К удивлению исследователей, оказалось, что даже самые неэйнштейновские черные дыры могут маскироваться под обычные.
«Хотя мы полагаем, что ОТО верна, как ученые, мы должны быть открыты для альтернативных решений. К счастью, будущие наблюдения и более совершенные методы в конечном итоге разрешат эти споры. Например, информация о поведении пульсара на орбите черной дыры, который мы давно и активно ищем, поможет устранить все разногласия», – добавил Лучано Реццолла.
Исследователи не сомневаются, что в рамках проекта EHT в конечном итоге будут получены убедительные доказательства существования тени черной дыры. Эти надежды заставляют ученых совершенствовать методы, чтобы выйти за рамки современного предела техники и тем самым получить как можно более четкие изображения сверхмассивных монстров в центрах галактик.