Одним із найбільш фундаментальних наслідків загальної теорії відносності Ейнштейна є висновок про існування так званих чорних дір. Незважаючи на недавнє виявлення гравітаційних хвиль з бінарних об'єктів за допомогою телескопів LIGO, прямі докази заломлення електромагнітних хвиль залишаються невловимими.
Попросту кажучи, їх немає. Астрономи, звісно, шукають гравітаційні аномалії за допомогою радіотелескопів, однак на скільки успішними виявляться такі пошуки, сказати поки складно.
Зокрема, астрофізики Університету ім. Гете у Франкфурті та співробітники проєкту BlackHoleCam у Бонні та Неймегені створили та порівняли передбачувані образи тіней надмасивної чорної діри, що акредитується, такої, як кандидат Sagittarius A (Sgr A) у серці нашої галактики. Математична модель вибудувана за теоретичними патернами, запропонованими як у загальній теорії відносності, так і теорією гравітації.
Мета дослідження полягала в тому, щоб перевірити, чи можна відрізнити ейнштейнівські "чорні діри" від таких в альтернативних теоріях гравітації. Виходить, що не всі промені світла (або фотони), що потрапляють в гравітаційне поле "чорних дір", захоплюються горизонтом подій, областю простору-часу, з якої, по ідеї, нічого не може зникнути.
Деякі з цих фотонів досягають далеких спостерігачів, тож, коли "чорну діру" спостерігають безпосередньо, на тлі неба виникає якась "тінь". Розмір і форма цієї тіні залежить від індивідуальних властивостей конкретного об'єкта, а також... від теоретичних наслідків теорії гравітації, точніше кажучи, наукової парадигми, яка використовується під час аналізу отриманих даних.
Оскільки найбільші відхилення від теорії відносності Ейнштейна спостерігаються в областях, гранично близьких до горизонту подій, і оскільки альтернативні теорії гравітації по-різному описують (і передбачають) властивості тіні, прямі спостереження об'єкта Sgr A виглядають перспективними для вимірювання сили тяжіння в найсильніших гравітаційних режимах.
Створення таких образів тіней є основною метою міжнародного проєкту Horizon (EHTC), який об'єднує радіотелескопи по всьому світу.
Крім того, вчені з команди BlackHoleCam у Європі, які є частиною EHTC, стверджують, що можуть відрізнити "чорну діру" "Керр", що описується теорією гравітації Ейнштейна, від дилатонної "чорної діри", де працює альтернативна математика гравітації.
Астрономи вивчили еволюцію речовини, що потрапляє у два абсолютно різних типи "чорних дір", і розрахували випромінювання, що отримується для проектування їхніх образів. Реальні фізичні умови в міжзоряному середовищі використовувалися для створення фізично реалістичних образів.
"Щоб захопити ефекти різних "чорних дір", ми використовували реалістичні симуляції акреційних дисків із майже ідентичними початковими налаштуваннями. Ці дорогі математичні моделі використовували найсучасніші коди і створювалися кілька місяців на суперкомп'ютері LOEWE Інституту", - каже д-р Йосуке Місуно, провідний автор дослідження, Технологічний інститут у Токіо, Японія.
Ба більше, очікувані радіозображення, очевидно, мають обмежену роздільну здатність і точність отриманих образів. При використанні реалістичних роздільних здатностей вчені, на їхній подив, виявили, що навіть дуже не-ейнштейнівські "чорні діри" здатні маскуватися як звичайні "чорні діри".
Самі по собі об'єкти поводяться неоднорідно, отримані дані дуже складно обробити, а тим більше класифікувати процеси, що відбуваються "всередині" чорної діри. Єдине, що відомо, то є велика ймовірність того, що вони "живі" в контексті їхнього гравітаційного взаємозв'язку з простором, що прилягає до "горизонту подій".
"Наші результати показують можливу правоту теорій гравітації, згідно з якими "чорні діри" маскуються під об'єкти типу "Ейнштейніан", тому для їхнього визначення можуть знадобитися нові методи аналізу даних EHT", - зауважує Лучіано Реццолла, професор Університету Гете і керівник команди Франкфурта.
"Хоча ми вважаємо, що загальна теорія відносності правильна, як вчені, ми повинні бути неупередженими. На щастя, майбутні спостереження і більш сучасні методи зрештою вирішать ці сумніви", - підсумовує Реццолла.
"Дійсно, незалежна інформація з орбітального пульсара, який ми активно шукаємо, допоможе усунути ці двозначності", - упевнений Майкл Крамер, директор MPI для радіоастрономії в Бонні.
Хейно Фальке (професор Університету Радбуда), який 20 років тому запропонував використовувати радіотелескопи для створення образів тіні чорних дір, більш оптимістичний.
"Існує мало сумнівів у тому, що EHT в кінцевому підсумку отримає переконливі докази існування "тіньової діри". Ці результати спонукають нас удосконалювати наші методи за межами сучасного рівня техніки і, таким чином, зробити ще чіткіші зображення в майбутньому".
