Как кривизна и вращение лепят тень чёрной дыры экспресс
Свет, проходящий мимо массивного тела, огибает его, как поток машин объезжает глубокую воронку на дороге. Чем круче склоны воронки, тем сильнее заворачивает траекторию — и тем меньше остаётся прямых путей к наблюдателю. Так рождается тень чёрной дыры: область, откуда свет уже не может выбраться.
Авторы новой работы добавили в эту дорожную картину ещё один слой асфальта — так называемую гаусс-боннэ-кривизну, которая заметна только в пространствах с числом измерений больше четырёх. В нашем мире она проявляется через единственный параметр α, управляющий дополнительным искривлением. Когда α растёт, воронка становится глубже при той же массе — тень сжимается, а её край делается более угловатым. Быстрое вращение дыры (параметр a) действует иначе: оно увлекает за собой само пространство, отчего световое кольцо вокруг тени теряет симметрию и вытягивается в направлении вращения.
Чтобы проверить модель, исследователи воспроизвели условия, в которых были получены знаменитые снимки теней M87* и Стрельца A* — сверхмассивных дыр в центре нашей и соседней галактик. Оказалось, что допустимые значения α очень малы, иначе тень выглядела бы иначе. Это не исключает дополнительную кривизну вовсе, но зажимает её в узкие рамки — примерно как регулировка фары, которую можно покрутить лишь на пару миллиметров, чтобы не слепить встречных водителей.
Тень чёрной дыры M87* на снимке 2019 года по размеру сопоставима с теннисным мячом, который рассматривают с расстояния в 13 тысяч километров.
В романе «Сфера» Майкла Крайтона герои сталкиваются с искривлением пространства, которое меняет привычные законы физики — примерно так же дополнительный параметр α незаметно перекраивает гравитацию вокруг чёрной дыры.