Ученые предложили использовать тень черной дыры как «стандартную линейку» в космологии, то есть в качестве астрономического объекта с известным размером.
Считается, что в центре большинства галактик находится огромная черная дыра. Ее масса составляет миллионы или даже миллиарды масс Солнца. Черную дыру нельзя увидеть в телескоп, можно только ее тень — темное пятно на фоне других ярких источников.
Специалисты Института космических исследований РАН изучают тени черных дыр, которые находятся на очень далеких, как говорят, космологических расстояниях — в миллиарды световых лет.
Казалось бы, в силу большого расстояния тени таких черных дыр должны быть очень малы. Ведь в обычной жизни мы привыкли к тому, что чем дальше находится объект, тем меньше его угловой размер для нас. Однако на космологических расстояниях на распространении света начинает сказываться расширение Вселенной, а именно — на распространении лучей, идущих из окрестности черной дыры к нам.
Расширение Вселенной приводит к тому, что на больших расстояниях наблюдаемый угловой размер объекта начинает не уменьшаться, а увеличиваться с красным смещением. Это приводит к тому, что далекие черные дыры кажутся слишком большими, чтобы их можно было наблюдать в телескоп.
Исследуя эту гипотезу, сотрудники Института космических исследований и их китайский коллега получили связь ожидаемого углового размера тени с красным смещением.
Ученые выяснили, что в определенных условиях размер тени черной дыры на большом красном смещении может быть сравним с размером тени черной дыры в центре нашей Галактики.
На основе этих вычислений исследователи предложили использовать тень черной дыры в качестве так называемой «стандартной линейки» в космологии (standard ruler).
«Стандартной линейкой» в космологии называются астрономические объекты с известным размером. Эффективный линейный размер тени черной дыры (фактически, линейный размер той области пространства, которую мы воспринимаем как «тень») определяется главным образом ее массой. Следовательно, если мы можем точно измерить массу черной дыры, то физический размер ее тени станет нам известен.
Поделив его на наблюдаемый угловой размер тени, мы определяем расстояние до черной дыры. Полученное таким образом расстояние можно сравнить с расстоянием, вычисленным исходя из красного смещения для данной космологической модели. Если эти два расстояния совпадают, это означает, что используется правильная космологическая модель. Если же нет — мы можем, исходя из этого сравнения, «подправить» параметры модели.
Результаты исследования опубликованы в журнале Classical and Quantum Gravity.