У квітні 2019 року світ уперше побачив зображення тіні чорної діри — світлове кільце навколо темної області в центрі галактики M87. Той знімок збудували за даними 2017 року. Відтоді Телескоп горизонту подій (EHT) — мережа радіотелескопів, розкиданих по всій планеті, — спостерігав ту саму чорну діру, яку назвали M87*, ще двічі: у 2018 і 2021 роках. Тепер дослідники вперше опублікували пряме порівняння всіх трьох епох спостережень і показали, як виглядає життя чорної діри в масштабі кількох років.
M87* лежить у центрі гігантської еліптичної галактики M87 і має масу 6,5 мільярда мас Сонця. Світлове кільце на знімках — це не сама чорна діра, а розжарений до мільярдів градусів газ, що закручується навколо неї і випромінює завдяки синхротронному випромінюванню (світіння заряджених частинок, що рухаються по спіралі в магнітному полі). Гравітація чорної діри викривляє це світло так, що воно огинає темну тінь — область, звідки нічого не може вирватися.
Кільце стабільне, світло — мінливе
У всіх трьох спостереженнях розмір кільця практично не змінився: його діаметр становить 43,9 ± 0,6 мікросекунди дуги — величина настільки мала, що на Землі відповідає розгляданню апельсина на поверхні Місяця. Ця стабільність збігається з передбаченнями загальної теорії відносності для тіні надмасивної чорної діри.
А от розподіл яскравості по колу кільця щороку інший. Це узгоджується з тим, як має поводитися турбулентний потік речовини, що падає на чорну діру: газ рухається хаотично, і ділянки підвищеної яскравості з'являються та зникають непередбачувано.
Гамма-спалах 2018 року не залишив сліду
Майже одночасно зі спостереженнями 2018 року в M87 стався спалах гамма-випромінювання. Логічно було б очікувати, що це якось відобразиться на структурі найближчого до чорної діри світла.
Але зображення 2018 та 2021 років виявилися напрочуд схожими між собою — набагато схожішими, ніж кожне з них на знімок 2017 року. Це означає, що зв'язок між спалахами випромінювання галактики і структурою кільця поблизу горизонту подій не такий прямий, як могло здатися.
Поляризація впала втричі за один рік
Найпомітніша відмінність стосується поляризації світла — властивості, яка показує, як орієнтовані магнітні поля поблизу чорної діри. У 2017 році частка лінійної поляризації в кільці сягала близько 15%, тоді як у 2018 і 2021 роках — лише близько 5%.
Спіральний візерунок поляризації на кільці також змінюється рік у рік. Це свідчить, що магнітне середовище навколо M87* не застигле, а постійно перебудовується — лінії магнітного поля закручуються, слабшають і знову підсилюються за роки, а не за мільйони.
Kitt Peak і NOEMA показали основу джету
У 2021 році мережу EHT доповнили два нові телескопи — 12-метровий Kitt Peak Telescope в Аризоні та решітка NOEMA у Франції. Завдяки їм значно покращилося покриття бази спостережень — тобто кількість і довжини «ліній зору» між телескопами, з яких складають зображення.
Це вперше дозволило розгледіти не лише саме кільце, а й основу джету M87* — потужного потоку плазми, який чорна діра вистрілює в космос на відстані, що перевищують розміри самої галактики. Порівняння структури кільця й основи джету в межах одного спостереження відкриває можливість напряму перевірити, як акреційний диск і джет пов'язані фізично.
Постійне спостереження за M87* перетворює одиничний знімок 2019 року на серію кадрів, з якої можна складати щось на кшталт уповільненого фільму про життя надмасивної чорної діри. Наступні сеанси спостережень EHT повинні показати, чи є в цих змінах певна періодичність, чи чорна діра залишається настільки ж непередбачуваною, як і перші три роки спостережень.
