Самое удивительное в свете то, что ему требуется время, чтобы пройти сквозь пространство. Благодаря этому простому факту, когда мы смотрим на Вселенную, мы видим не моментальный снимок, а историю. Фотоны, которые мы улавливаем с помощью наших телескопов, рассказывают нам о своем путешествии. Это особенно верно, когда в игру вступает гравитация, поскольку гравитация искривляет и искажает путь света. В недавнем исследовании группа показывает нам, как мы можем использовать этот факт для лучшего изучения черных дыр.
Вблизи черной дыры наша интуиция о поведении света рушится. Например, если мы представим себе вспышку света в пустом пространстве, мы поймем, что свет от этой вспышки распространяется во всех направлениях, как рябь на пруду. Если мы наблюдаем эту вспышку издалека, мы знаем, что свет прошел по прямой линии, чтобы достичь нас. Вблизи черной дыры это не так.
Гравитация черной дыры настолько сильна, что свет никогда не распространяется по прямой. Если вспышка происходит вблизи черной дыры, часть света будет двигаться прямо к нам, но часть света будет двигаться от нас, только чтобы быть гравитационно унесенной вокруг задней стороны черной дыры, чтобы направиться в нашу сторону. Часть света сделает полную петлю вокруг черной дыры, прежде чем достичь ее. Или две петли, или три. На каждом пути свет проходит разное расстояние, чтобы достичь нас, и, следовательно, достигает нас в разное время. Вместо того чтобы наблюдать одну вспышку, мы видим эхо вспышки для каждого путешествия.
В принципе, поскольку каждое эхо идет по разным путям, синхронизация этих эхо позволила бы нам более четко составить карту области вокруг черной дыры. Эхо могло бы рассказать нам не только о массе и вращении черной дыры; они также позволили бы нам проверить пределы общей теории относительности. Единственная проблема заключается в том, что при текущих наблюдениях эхо смешивается в данных. Мы не можем различить разные эхо.
Вот тут-то и появляется это новое исследование. Команда предлагает наблюдать черную дыру с помощью двух телескопов, одного на Земле и одного в космосе. Каждый телескоп будет иметь немного разный вид на черную дыру. С помощью интерферометрии с длинной базой два набора данных можно было бы сопоставить, чтобы различить эхо. В своей работе команда провела десятки тысяч симуляций световых эхо от сверхмассивной черной дыры, похожей на ту, что находится в галактике M87. Они продемонстрировали, что интерферометрию можно использовать для поиска коррелированных световых эхо.
Построить такой интерферометр было бы непросто, но это вполне в рамках наших инженерных возможностей. Возможно, в будущем мы сможем наблюдать эхо света, чтобы исследовать черные дыры и некоторые из самых глубоких тайн гравитации.
