Тень черной дыры предложена в качестве «стандартной линейки» в космологии

Предложение использовать тень сверхмассивных черных дыр в качестве стандартной линейки для космологических приложений сделали по результатам своих исследований размеров теней черных дыр на космологических расстояниях руководитель лаборатории магнитоплазменных процессов в релятивистской астрофизике Института космических исследований (ИКИ) РАН Геннадий Бисноватый-Коган и старший научный сотрудник лаборатории Олег Цупко, 7 сентября сообщает пресс-служба ИКИ РАН.

Существует гипотеза, что в центре большинства галактик находится сверхмассивная черная дыра с огромной массой — миллионы или даже миллиарды масс Солнца. И хотя сама черная дыра невидима, но ее можно «увидеть» как темное пятно на фоне других ярких источников центра галактики. Это пятно называют тенью черной дыры.

Малый угловой размер тени черной дыры затрудняет ее исследование. Решение этой проблемы подсказали ученые ИКИ РАН. Они изучали тени черных дыр, находящихся от нашей Земли на очень далеких, иначе говоря, космологических расстояниях в миллиарды световых лет.

На таких расстояниях на распространение света начинает действовать так называемое красное смещение спектра, которое является следствием расширения нашей Вселенной. В том числе и на распространение лучей, идущих из окрестности черной дыры к наблюдателю на Земле.

Это приводит к тому, что на космологических расстояниях наблюдаемый угловой размер объекта начинает увеличиваться с ростом красного смещения. Поэтому тени очень далеких черных дыр могут иметь угловые размеры, достаточные, чтобы их можно было увидеть с помощью космических телескопов следующих поколений, например, James Webb Space Telescope, который должен заменить Хаббл в текущем году, или «Миллиметрон», который будет запущен в 2029 году.

При исследовании данной гипотезы Геннадий Бисноватый-Коган и Олег Цупко установили зависимость ожидаемого углового размера тени с красным смещением. Было установлено, что при определенных условиях угловой размер тени черной дыры на большом красном смещении можно сопоставить с размером тени черной дыры в центре нашей Галактики.

Эти расчеты позволили ученым предложить использовать в качестве так называемой стандартной линейки в космологии тень черной дыры (стандартная линейка в космологии — это астрономические объекты с известным размером.

Эффективный линейный размер тени черной дыры определяется в основном ее массой. Если точно измерить массу черной дыры (для этого в настоящее время применяют различные методы, например, прямые, основанные на динамике звезд или газа около черной дыры или наблюдения мазеров, метод реверберации и др.), тогда можно рассчитать физический размер ее тени. Деление его на наблюдаемый угловой размер тени даст расстояние до черной дыры.

Для того, чтобы убедиться, что предложенная космологическая модель правильная, нужно будет сравнить полученное значение расстояния с расстоянием, рассчитанным по красному смещению для данной космологической модели. Их совпадение и будет подтверждением правильности модели. В противном случае параметры модели можно будет скорректировать.

Предложенным методом можно получить постоянную Хаббла — коэффициент, входящий в закон Хаббла, который связывает расстояние до внегалактического объекта (галактики, квазара) со скоростью его удаления. В настоящий момент есть несколько методов для ее определения, но результаты при этом не совпадают. Поэтому так важен еще один новый независимый способ ее получения.