На визуализации обозначены основные элементы: тень чёрной дыры; фотонное кольцо; аккреационный диск; задняя часть диска, которая из-за гравитационного искажения видна сверху и снизу, и допплеровское свечение (газ на аккреационном диске светится ярче при движении по направлению к наблюдателю). Иллюстрация: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Центр космических полетов Годдарда опубликовал максимально детализированные статические изображения и анимацию, как будут выглядеть окрестности чёрной дыры для внешнего наблюдателя (видео 4K).
Научная визуализация имитирует рождение чёрной дыры, когда падающий диффузный материал собирается в тонкую, горячую структуру — аккреционный диск. Экстремальная гравитация черной дыры искажает свет, испускаемый различными областями диска, деформируя её внешний вид.
На поверхности диска постоянно формируются и рассеиваются яркие узлы по мере того, как магнитные поля закручиваются через газовую смесь. Ближе всего к чёрной дыре газ вращается со скоростью, близкой к скорости света, в то время как внешние части вращаются немного медленнее. Это различие растягивает и разрезает яркие узлы, производя светлые и тёмные полосы в диске.
Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Если посмотреть сбоку, турбулентный газовый диск, вращающийся вокруг чёрной дыры, приобретает сумасшедший двугорбый вид. Экстремальное гравитационное поле чёрной дыры перенаправляет и искажает свет, идущий из разных частей диска — и конкретная картинка, которую мы видим, зависит от нашего угла обзора. Наибольшее искажение возникает при взгляде на систему сбоку.
При таком угле зрения диск выглядит ярче слева, чем справа. Светящийся газ на левой стороне диска движется к нам так быстро, что яркость увеличивается из-за эффектов теории относительности Эйнштейна. На правой стороне происходит противоположное: там удаляющийся газ становится немного более тусклым. Эта асимметрия исчезает, когда мы смотрим на диск точно сверху или снизу, потому что с этой точки зрения ничто не движется вдоль нашей линии зрения.
Увеличенное изображение центрального региона чёрной дыры. Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Ещё более увеличенное изображение центрального региона чёрной дыры с фокусом на фотонное кольцо. Видео: Центр космических полетов Годдарда НАСА / Jeremy Schnittman
Ближе всего к чёрной дыре гравитационное искривление света становится настолько экстремальным, что мы можем видеть нижнюю сторону диска как яркое кольцо света. Так называемое «фотонное кольцо» состоит из множества колец, которые постепенно становятся все слабее и тоньше из-за того, что свет обходит чёрную дыру два, три или даже больше раз, прежде чем достичь наших глаз.
Поскольку чёрная дыра, смоделированная в этой визуализации, является сферической, фотонное кольцо выглядит почти круглым и одинаково с любого угла обзора. Внутри фотонного кольца находится тень черной дыры, площадь которой примерно вдвое больше горизонта событий.
«Моделирование и такие видеоролики действительно помогают нам визуализировать то, что имел в виду Эйнштейн, когда сказал, что гравитация деформирует ткань пространства и времени, — говорит Джереми Шнитман (Jeremy Schnittman), который создал эти великолепные изображения с помощью специального программного обеспечения в Центре космических полетов им. Годдарда НАСА. — До недавнего времени эти визуализации ограничивались нашим воображением и компьютерными программами. Я никогда не думал, что можно будет увидеть настоящую чёрную дыру».
В последних словах Джереми Шнитман имеет в виду историческое событие, которое произошло 10 апреля 2019 года. В этот день команда телескопа Event Horizon опубликовала первое в истории изображение тени чёрной дыры, созданное на основе радионаблюдений в центре галактики M87.
Изображение Event Horizon Telescope Collaboration
У сверхмассивной чёрной дыры в галактике М87 диаметр 40 миллиардов километров, её тень в 2,5 раза больше (100 миллиардов километров), а вокруг вращается аккреционный диск поглощаемого газа ещё в несколько раз шире.
Заметим, что научная визуализация НАСА очень близка к изображению чёрной дыры из фильма «Интерстеллар» (2014), созданному на базе уравнений физика Кипа Торна.
Кадр из фильма «Интерстеллар» (2014)
В то же время оно как будто немного отличается от изображения чёрной дыры в картине «Высшее общество», которое смоделировали по уравнениям астрофизика Орельена Барро.
Кадр из фильма «Высшее общество» (2018)
UPD. НАСА опубликовало видео и брошюру по безопасности для космических путешественников о встрече с чёрной дырой. Материалы ориентированы на юных зрителей. В частности, брошюра предупреждает об опасности сближения с этим космическим объектом из-за «радиации, замедления времени и спагеттификации (растягивания в гигантскую лапшу). Позже в более серьёзной научной дискуссии на Reddit астроном-исследователь НАСА Варужан Горджян (Varoujan Gorjian) заверил, что у Солнечной системы очень мала вероятность встретиться с дрейфующей чёрной дырой, так что их не следует рассматривать как реальную угрозу: «Пространство очень большое, и вероятность того, что чёрная дыра пройдет совсем рядом с нами, крайне маловероятна, тем более что сами чёрные дыры — редкие объекты», — сказал он.
