В 2019 году мир увидел первое в истории изображение чёрной дыры — светящееся кольцо в центре галактики M87. Теперь исследователи из Шанхайской астрономической обсерватории (SHAO) Китайской академии наук совместно с международными коллегами сделали следующий шаг: они объединили снимки горизонта событий, полученные в 2018 году телескопом Event Horizon Telescope и Глобальным массивом миллиметрового очень длиннобазисного интерферометра (VLBI) на двух частотах — 1,3 мм и 3,5 мм. Об этом пишет сайт Phys.org.
Впервые проведя спектральное исследование такого рода, учёные создали карту спектрального индекса с пространственным разрешением в масштабах горизонта событий. Она показала, как спектральный индекс меняется с расстоянием от чёрной дыры, что позволило определить физические условия плазмы вокруг неё и процессы, порождающие наблюдаемое излучение. Работа опубликована в The Astrophysical Journal Letters.
Результаты демонстрируют, что свойства излучения вокруг чёрной дыры систематически меняются с расстоянием. Во внутренней области спектральный индекс положителен и слегка растёт с радиусом, что указывает на значительное влияние синхротронного самопоглощения. Дальше от чёрной дыры индекс уменьшается и переходит от положительных значений к отрицательным — это говорит о переходе к оптически тонкому режиму излучения. Переход происходит на расстоянии около 30 микросекунд дуги от чёрной дыры, что совпадает с радиусом кольцевой структуры, наблюдаемой на длине волны 3,5 мм. Это означает, что кольцо на снимках связано не просто с морфологией излучения, а с физическим состоянием плазмы вблизи горизонта событий.
«Получив первую пространственно разрешённую карту спектрального индекса чёрной дыры M87, мы можем количественно охарактеризовать, как меняются свойства излучения в области вокруг чёрной дыры, — говорит доктор Чжао Шаньшань, ассистент-исследователь SHAO и первый автор работы. — Это позволяет напрямую изучать, как меняются свойства плазмы в масштабах горизонта, и даёт новые ключи к пониманию аккреционных потоков и формирования джетов».
По словам исследователей, дальнейшее развитие миллиметрового VLBI позволит проводить наблюдения на большем числе частот с более высокой чувствительностью и временным разрешением. Это даст гораздо более полную информацию об аккреции чёрных дыр, формировании джетов и процессах излучения в сильных гравитационных полях, углубляя понимание экстремальных сред вокруг чёрных дыр. Доктор Лу Русен, исследователь SHAO и соавтор работы, отметил, что многочастотная визуализация горизонта событий позволит более точно изучать аккрецию, формирование джетов и гравитацию в сильных полях, разделяя эффекты физики плазмы и гравитационные сигнатуры на изображениях чёрных дыр.