Разработан способ получения цветных изображений черных дыр

Астрономы, работающие с Телескопом горизонта событий, разработали новый способ наблюдения за радиоизлучением неба на нескольких частотах, что вскоре позволит получать цветные изображения сверхмассивных черных дыр.

С точки зрения физики цвет определяется его частотой или длиной волны излучения. Чем длиннее волна (или ниже частота) — тем ближе свет к красному концу спектра. При смещении к синему концу волны становятся короче, а частота — выше. Каждая частота или длина волны имеет свой уникальный цвет.

Глаза различают цвета благодаря трем типам колбочек в сетчатке, чувствительных к красному, зеленому и синему диапазонам частот. Мозг обрабатывает эти данные и создает цветное изображение. Цифровые камеры работают похожим образом: их сенсоры улавливают красный, зеленый и синий свет, а экраны компьютеров используют пиксели этих цветов, обманывая наш мозг и создавая иллюзию цветного изображения с богатой палитрой оттенков.

Радиоволны, по сути, «черно-белые», но радиотелескопы способны различать их «цвета», если их сопоставить с определенной длиной волны. Детектор может улавливать узкий диапазон частот, подобно тому как оптические сенсоры фиксируют цвета. Наблюдая за радиоизлучением неба в разных частотных диапазонах, астрономы могут создавать «цветные» изображения.

Однако это связано с известными трудностями. Большинство радиотелескопов могут наблюдать только одну полосу частот за раз, поэтому астрономам приходится изучать объект несколько раз в разных диапазонах, чтобы получить цветное изображение. Для многих небесных тел это приемлемо, но для быстро меняющихся или очень компактных объектов такой метод не подходит. Изображение может изменяться настолько быстро, что совместить снимки будет невозможно. Представьте, если бы камера вашего телефона делала снимок каждого цвета с задержкой в десятую долю секунды. Для пейзажа или селфи это не проблема, но для динамичных сцен изображения не совпадут.

Здесь на помощь приходит технология частотно-фазового переноса, посредством которого его авторы сумели компенсировать атмосферные искажения радиоволн. Наблюдая за небом на длине волны 3 мм, они смогли отследить, как атмосфера влияет на микроволны. Это похоже на метод, используемый в оптических телескопах, где лазеры помогают корректировать атмосферные изменения.

Команда продемонстрировала, как можно одновременно наблюдать за небом на длинах волн 3 мм и 1 мм, используя данные для коррекции и повышения четкости изображения, полученного на 1 мм. Таким образом, радиоастрономы смогут последовательно захватывать изображения в разных радиочастотных диапазонах, а затем корректировать их для создания высокодетализированного цветного изображения.

Разработка пока еще на ранней стадии, и статья в The Astronomical Journal — лишь демонстрация её возможностей. Но она доказывает, что технология вполне работоспособна. Будущие проекты, такие как Телескоп горизонта событий следующего поколения (ngEHT — расширение нынешнего проекта на 20 телескопов, в том числе вновь построенных) и Black Hole Explorer (BHEX — тот же телескоп горизонта событий, но в космосе; запуск запланирован на 2031-й), смогут усовершенствовать этот подход. А значит, вскоре мы увидим черные дыры в реальном времени и в цвете.