Тени от черных дыр

А.А. Шацкий, И.Д. Новиков

1

2

Наблюдательные эффекты грав.линзирования проявляются в двух аспектах:

1. В искажении формы изображения 2. В искажении локальной яркости элементов изображения.

3

Ещё в 1933 году появилась работа Этерингтона, в которой было доказано следующее утверждение: Видимая яркость протяженного источника обратно пропорциональна квадрату видимого углового размера этого источника (для неподвижного источника). Причем это утверждение было доказано для произвольной метрической теории (не только ОТО).

I.M.H. Etherington, Philosophical Magazine 7, 15, 761, (1933); Перепечатка: Gen.Relativ.Grav, 39, 1055 (2007)

4

Одним из важнейших следствий этой теоремы является сохранение видимой средней яркости источников.

Т.е. однородный (в 4) светящийся фон после грав.линзирования также перейдет в однородный светящийся фон.

4

5

С другой стороны, если линзирование происходит под воздействием гравитационного поля черной дыры, то на видимом изображении фона должна быть область, из которой лучи света не могут приходить к наблюдателю.

Эту область обычно называют тенью черной дыры.

6

Тогда, если фоновое изображение однородно и бесконечно, то и образ этого фона также должен быть однородным и бесконечным, а тень от черной дыры должна иметь резкие границы:

7

Во всех вышеуказанных случаях не учитывалось рассеяние и поглощение света окружающим веществом.

Если попытаться учесть эти эффекты, то их влияние отобразится примерно следующим образом:

8

Группа проекта

численно рассчитывает разные (3D+1) модели гравитационного линзирования различных фонов на черных дырах (как вращаюшихся, так и не вращающихся) в том числе и с учетом магнитосферы вокруг черной дыры.

9

Одним из авторов этой группы является Dimitrios Psaltis. Его расчеты показывают:

Светящиеся кольца находятся

на радиусах: 2.6M - 7.6M

10

Форма тени слабо зависит от степени вращения ЧД, а ее диаметр ≈10M.

11

Видимый диаметр излучающей поверхности вокруг невращающейся черной дыры с учетом линзирования (сплошная черная линия) больше истинного диаметра (пунктирная линия). Внутренний диаметр SgrA*, наблюдаемый 1.3 мм VLBI (горизонтальная красная линия), меньше, чем минимальный видимый диаметр горизонта событий черной дыры.

Применительно к наблюдению черной дыры в центре нашей Галактики с M ≈ 4 · 106 M☼ (rg≈12 млн. км) получаем:

Наблюдаемый с Земли диаметр тени: D ≈ 60arcsec

Наблюдаемая максимальная керровская деформация тени ≈ 6arcsec

Наблюдаемое максимальное керровское смещение тени ≈ 15arcsec

По наблюдаемому движению звезд вблизи центра Млечного Пути можно достаточно точно вычислить координаты местоположения черной дыры

и определить смещение ее тени относительно этого местоположения

14

Положения на плоскости u-v видимостей, наблюдаемых в течение 2007, 2009.95, 2009.96, 2009.97 эпох (3 верхних рисунка и левый нижний рисунок). Объединение данных наблюдений за все эпохи (центральный нижний рисунок). Сравнение данных наблюдений за все эпохи с потенциальными базовыми линиями от существующих и планируемых субмм телескопов (правый нижний рисунок).

Наблюдательные данные с VLBI

15Внутреннее распределение потока.

Распределение потока с учетом межзвездного электронного рассеяния.

Амплитуды видимости (точками отмечены видимости, которые были наблюдены за все эпохи).

Асимметричная Гауссова модель

Симметричная Гауссова модель

Радиационно-неэффективные аккреционные потоки (RIAF)Broderick&Loeb (2006)

16

λ=1.3 mm

λ=0.87mm

Изображение и видимость образуют пару преобразования Фурье.Треугольниками отмечены видимости, наблюдаемые в 2007 г.

Изображения и амплитуды видимости различных моделей.

Спасибо!