Каждый кадр видео чёрной дыры — это путешествие во времени

Когда вы смотрите на фотографию, вы привыкли считать её снимком одного момента времени. Даже если шторка затвора была открыта долю секунды, разница между тем, когда фотоны покинули ближний и дальний конец кадра, ничтожна. Именно поэтому мы спокойно говорим «это фото сделано в 15:32».

Но вблизи чёрных дыр этот интуитивный принцип разрушается. Там пространство-время искривлено настолько, что фотоны, попавшие в один снимок, могли покинуть своих источников в совершенно разные моменты — до долей секунды до десятилетий назад. Каждый кадр «фильма» о чёрной дыре на самом деле составлен из фрагментов разных эпох.

Два подхода к моделированию и почему это важно

Физики Даниэль Рохас-Патернина (Национальный университет Колумбии) и Алехандро Карденас-Авенданьо (Университет Уэйк-Форест) исследовали, когда именно эта временная размытость имеет значение, а когда ею можно пренебречь. Их статья принята к публикации в *Physical Review Letters*.

Существуют два подхода к симуляции наблюдений чёрных дыр — «быстрый свет» и «медленный свет».

**Модель быстрого света** обращается с изображением чёрной дыры так же, как с обычной фотографией: игнорирует разницу во времени вылета фотонов. Это намного проще вычислительно — для каждого кадра берётся один «срез» состояния аккреционного диска.

**Модель медленного света** сохраняет все временные задержки: для одного кадра может потребоваться несколько снимков состояния диска, потому что разные пиксели соответствуют разным моментам излучения. Это физически точно, но вычислительно дорого.

До сих пор считалось, что быстрого света достаточно для большинства задач. Новое исследование уточняет: это зависит от того, насколько быстро меняется сам аккреционный диск.

Новый промежуточный подход — «бодрый свет»

Авторы предложили третий вариант — «бодрый свет» (brisk light): он сохраняет главные временные задержки, но отбрасывает второстепенные детали. В ряде режимов он приближается к точности медленного света, требуя значительно меньше вычислительных ресурсов.

Когда газ в аккреционном диске относительно стабилен и медленно меняется, разница в том, когда именно покинул объект каждый фотон, практически не влияет на картину. Но как только в диске появляются быстрые вспышки, магнитные вихри или ударные волны, ситуация меняется радикально: кадр может захватывать состояние «до» и «после» вспышки одновременно, и игнорировать это значит получить неправильное изображение.

Иконические снимки пересматривать не нужно

Хорошая новость: знаменитые изображения чёрных дыр M87* и Sgr A*, полученные телескопом Event Horizon Telescope (EHT), сделаны под углами, при которых приближение быстрого света остаётся приемлемым. Пересматривать их выводы не требуется.

Настоящий выигрыш придёт с новым поколением обсерваторий:

**Black Hole Explorer** планирует исследовать тонкие фотонные кольца вокруг чёрных дыр — структуры, которые формируются фотонами, облетевшими объект по разным орбитам. Для них временны́е задержки становятся частью самого сигнала.

Международный консорциум EHT уже работает над созданием «видео» чёрной дыры M87* — первого в истории динамического изображения объекта, захватывающего материал.

Когда это видео будет создано, каждый его кадр окажется не просто «моментом», а сложной многослойной записью нескольких эпох жизни одного из самых экзотических объектов Вселенной.

Читайте также по теме: поиске сигналов чёрных дыр.

«В этом ограниченном, но точном смысле фильм о чёрной дыре странее обычного кино», — резюмировал соавтор работы Алехандро Карденас-Авенданьо.