В рамках сотрудничества Event Horizon Telescope («Телескоп горизонта событий») исследователи оценили данные своих наблюдений за черной дырой в галактике M87 и снова проверили таким образом теорию относительности Альберта Эйнштейна. Согласно проведенным тестам, размер тени черной дыры очень хорошо согласуется со свойствами черной дыры, какими их предполагает общая теория относительности.
Немецкий астроном Карл Шварцшильд (1873-1916) первым показал, что из-за своей чрезвычайной концентрации массы черные дыры экстремально сильно искривляют пространство-время и нагревают материю в своей среде так, что она начинает светиться. А новозеландский физик Рой Керр смог показать, что вращение изменяет размер черной дыры и пространство вокруг нее.
Так называемый горизонт событий представляет собой «край» черной дыры, границу вокруг концентрации массы, из-за которой свет и материя выйти не способны и которая, собственно говоря, делает черную дыру черной. Теории предсказывают, что черные дыры можно описать рядом свойств: их массой, вращением («spin») и множеством возможных зарядов.
Помимо описания черных дыр в соответствии с общей теорией относительности, черные дыры могут быть описаны и с помощью теорий, выведенных из теории струн. Теории такого типа предполагают наличие в основной физике дополнительного скалярного поля, что в случае черных дыр приводит к наблюдаемым изменениям их размера, а также кривизны пространства вокруг них.
Физики доктор Прашант Кочерлакота и профессор Лучано Резцолла из Института теоретической физики Университета Гете во Франкфурте (Германия) проверили, насколько различные теории соответствуют данным наблюдений сверхмассивной черной дыры в центре галактики M87. Снимок M87, сделанный в 2019 году глобальной коллаборацией Event Horizon Telescope, стал первым экспериментальным доказательством реального существования черных дыр после измерения гравитационных волн в 2015 году.
Результат франкфуртских исследований: Данные черной дыры в галактике M87 полностью согласуются с теориями Эйнштейна и в некоторой степени с теориями, основанными на струнах. «Благодаря данным, полученным в результате сотрудничества в рамках телескопа Event Horizon Telescope, мы теперь можем проверить самые различные теории о черных дырах», - сказал Кочерлакота. - «На данный момент мы не можем отвергнуть ни одну из теорий, описывающих тень черной дыры M87, но нашими расчетами мы ограничиваем применимость моделей черных дыр».
«Для нас, физиков-теоретиков, идея черной дыры является одновременно источником проблем и источником вдохновения», - объясняет Резцолла. - «В то время как мы все еще боремся с пониманием некоторых последствий черных дыр, таких как феномен «горизонта событий» или «сингулярность», мы рады возможности найти решения для описания черных дыр во все более широких теориях. Поэтому результаты, подобные тем, которые мы только что представили, важны для определения того, какие теории правдоподобны, а какие нет. И новые наблюдения черных дыр еще больше уточняют наши первоначальные суженные теории».
В программе сотрудничества Event Horizon Telescope между собой соединены телескопы обсерваторий по всему миру, что позволяет сформировать виртуальный гигантский телескоп, чаша которого, опять-таки виртуальная, получается размером с саму Землю. О своих исследованиях участники программы сотрудничества написали в специальной статье, опубликованной в журнале Physical Review D.