Понад століття загальна теорія відносності передбачає існування чорних дір — об'єктів із горизонтом подій, межею, з-за якої не вирветься навіть світло. Event Horizon Telescope показав тіні M87* та Sgr A*, і обидва зображення чудово узгоджуються з теорією. Але тінь сама по собі не доводить існування горизонту — вона лише показує, що поблизу масивного компактного об'єкта викривлюється світло. Тому фізики роками шукають спосіб перевірити, чи справді за цією тінню ховається саме горизонт подій, а не щось інше.
Команда астрофізиків під керівництвом дослідника Саураба вперше провела повноцінну тривимірну магнітогідродинамічну симуляцію акреції на об'єкт, який виглядає майже як чорна діра, але горизонту подій не має. Раніше подібні розрахунки для «імітаторів чорних дір» обмежувалися спрощеними моделями, де речовина або накопичувалася зовні, або вилітала назовні потоком. Тут вперше вдалося змоделювати систему, в якій газ реально досягає центрального об'єкта.
Простір-час без горизонту, але з сингулярністю
Об'єкт дослідження — так зване простір-час JMN-1 (Joshi–Malafarina–Narayan), теоретична конструкція, що виникає з гравітаційного колапсу речовини з анізотропним тиском (тобто тиском, що по-різному діє в різних напрямках) у рамках загальної теорії відносності. У JMN-1 є центральна сингулярність — область нескінченної щільності, як і в чорній дірі. Але горизонту подій немає: теоретично світло і навіть речовина з цієї сингулярності можуть вирватися назовні. Автори роботи обрали параметр компактності, за якого сингулярність є «нульовою» — особливий граничний випадок такої конфігурації.
Формально JMN-1 — не альтернатива чорним дірам «з нуля», а перевірка того, наскільки далеко можна зайти в моделюванні гравітаційного колапсу без утворення горизонту і чи відрізнятиметься результат від звичної картини.
Акреційний диск поводиться майже як звичайний
Симуляція показала, що навколо JMN-1 формується стабільний акреційний диск у режимі MAD (magnetically arrested disk — «магнітно загальмований диск»), коли магнітне поле настільки сильне, що тимчасово стримує падіння речовини. Це той самий режим, який використовують для моделювання реальних чорних дір, включно з M87*.
Для параметрів, характерних для M87* — наднасиченої чорної діри (чи, за цією гіпотезою, її імітатора) в центрі однойменної галактики — темп акреції становив (3.0 ± 0.5)×10⁻⁶ від еддінгтонівського. Це майже ідентично оцінкам, отриманим для моделей зі справжньою шварцшильдівською чорною дірою. Синтетичні зображення на частоті 230 ГГц, розраховані з урахуванням поляризованого випромінювання, у цілому узгоджуються зі спостереженнями Event Horizon Telescope. Іншими словами, за наявними даними JMN-1 і чорна діра практично невідрізнимі.
Слабке світло всередині тіні як ключ до розгадки
Автори виявили одну принципову відмінність. Всередині «тіні» — темної області в центрі зображення, яку EHT інтерпретує як проекцію горизонту — у симуляції JMN-1 з'являється слабке, але помітне випромінювання.
Це світло походить з ділянки поблизу самої центральної сингулярності — тобто з тієї зони, яка в чорній дірі була б повністю прихована за горизонтом подій і не могла б випромінювати назовні нічого. Наявність цього сигналу і є прямим наслідком відсутності горизонту: там, де у чорної діри — непроникна межа, у JMN-1 — просто дуже гаряча й компактна область речовини, з якої фотони можуть долетіти до спостерігача.
Ми ідентифікуємо ключовий спостережний критерій розрізнення чорної діри і JMN-1: наявність детектованої яскравості всередині "спостережуваної" тіні JMN-1з анотації статті arXiv:2604.15430
Поточні можливості інтерферометрії — зокрема EHT — недостатні, щоб виявити цей слабкий сигнал: він знаходиться за межами динамічного діапазону наявних інструментів. Але автори вказують, що телескопи наступного покоління за прогнозованими характеристиками зможуть зафіксувати таку яскравість. Якщо в реальних спостереженнях подібного сигналу не з'явиться, це стане додатковим аргументом на користь класичної картини чорної діри з горизонтом. Якщо ж з'явиться — доведеться переглядати, що саме приховується за тінями наднасичених компактних об'єктів у центрах галактик.
