Создана первая визуализация двойной черной дыры

Астрофизик NASA создал визуализацию процесса прохождения одной сверхмассивной черной дыры на фоне другой. В видео, размещенном на официальном сайте NASA, показано, как черные дыры искажают и перенаправляют свет, исходящий от водоворота горячего газа, который формирует аккреционные диски, окружающие каждую их них.

Для создания визуализации астрофизик Джереми Шниттман (Jeremy Schnittman) из Центра космических полетов имени Годдарда использовал суперкомпьютер Discover Центра моделирования климата NASA. По оценке автора, вычисления, необходимые для создания кадров фильма, на современном настольном компьютере заняли бы около десяти лет.

На этом кадре из новой визуализации на переднем плане находится сверхмассивная черная дыра весом 200 миллионов солнечных масс. Ее гравитация искажает свет от аккреционного диска меньшей сопутствующей черной дыры весом 100 миллионов солнечных масс. Аккреционный диск первой черной дыры показан красным, второй — синим

Вычислив путь, проходимый световыми лучами от аккреционных дисков двух сверхмассивных черных дыр весом 200 и 100 миллионов масс Солнца, Шниттман создал анимацию, на которой видно, как лучи "пробираются" через искривленное пространство-время вокруг черных дыр.

Ученые предполагают, что в космосе существуют такие бинарные системы черных дыр, в которых аккреционные диски могут поддерживать в течение миллионов лет, но до сих пор было неизвестно, как они могут выглядеть в наблюдениях.

"Анимация показывает, как черные дыры искажают и перенаправляют свет, исходящий от водоворота горячего газа, который окружает каждую из них. Если смотреть со стороны плоскости орбиты, то аккреционный диск приобретает характерный двугорбый вид. Но когда одна черная дыра проходит перед другой, гравитация объекта переднего плана превращает ее компаньона в быстро меняющуюся последовательность дуг. Такие искажения проявляются, когда свет от обоих дисков перемещается по запутанной ткани пространства-времени рядом с черными дырами", — рассказывает Джереми Шниттман.

Ролик наглядно демонстрирует такие эффекты, как доплеровское усиление, при котором газ, движущийся к наблюдателю, кажется ярче, чем движущийся от него, и релятивистскую аберрацию — феномен, благодаря которому черные дыры кажутся меньше по мере приближения к зрителю и больше по мере удаления.

Эти эффекты исчезают при взгляде на систему сверху, но появляются новые — обе черные дыры создают маленькие изображения-копии своего партнера, которые вращаются вокруг них каждый по своей орбите.

"Поразительный аспект этой новой визуализации — самоподобный характер изображений, созданных с помощью гравитационного линзирования. Увеличение масштаба каждой черной дыры открывает множество искаженных изображений ее партнера", — объясняет Шниттман.

При детальном рассмотрении оказалось, что эти изображения — виды с ребра аккреционного диска. Для их создания свет от черных дыр должен быть перенаправлен на 90 градусов. Это значит, что на одном изображении можно наблюдать черные дыры с двух разных точек зрения одновременно.

Аккреционные диски имеют разные цвета, синий и красный, чтобы упростить отслеживание источников света, но выбор света не случаен. Более горячий газ излучает свет ближе к синему концу спектра, а материал, вращающийся вокруг более мелких черных дыр, испытывает более сильные гравитационные эффекты, вызывающие более высокие температуры. При этом, по мнению ученых, при таких массах оба аккреционных диска будут излучать большую часть света в ультрафиолетовом диапазоне.

Астрономы ожидают, что в ближайшем будущем они смогут обнаружить гравитационные волны от слияния двух сверхмассивных черных дыр в системе, очень похожей на ту, которую изобразил Шниттман.