Event Horizon Telescope, súbor ôsmich pozemských rádiových teleskopov na planéte, ktorý bol vytvorený prostredníctvom medzinárodnej spolupráce, zachytil tento obraz supermasívnej čiernej diery v strede galaxie M87 a jej tieňa.
(Obrázok: © EHT Spolupráca)
Čierne diery boli nakoniec vytiahnuté zo tieňa.
Ľudstvo po prvý raz fotografovalo jednu z týchto nepolapiteľných kozmických šelem a žiarilo svetlo na exotickej ríši časopriestoru, ktorá bola dávno mimo našej ken.
„Videli sme to, čo považujeme za nemožné,“ povedal Sheperd Doeleman z Harvardskej univerzity a Harvardsko-Smithsonovské centrum pre astrofyziku, dnes (10. apríla) počas tlačovej konferencie v Národnom tlačovom klube vo Washingtone, D.C.
Doeleman riadi projekt Event Horizon Telescope (EHT), ktorý zachytil epické snímky. Tieto štyri fotografie, ktoré boli dnes odhalené pri tlačových udalostiach po celom svete a v sérii publikovaných príspevkov, načrtávajú obrysy čiernej diery monštrum, ktorá sa skrýva v srdci eliptickej galaxie M87.
Snímky samy o sebe dosť fúkajú myseľ. Vedci však tvrdia, že ešte dôležitejšia je cesta, po ktorej budú nové výsledky pravdepodobne horieť.
„Je skutočne potrebné preskúmať nové pole,“ povedal Peter Galison, profesor fyziky a histórie vedy na Harvarde, minulý mesiac v prednáške o EHT na festivale South by Southwest (SXSW) v Austine v Texase. „A to je v konečnom dôsledku také vzrušujúce.“
Galison, ktorý spoluzakladal Harvardovu interdisciplinárnu iniciatívu Black Hole (BHI), porovnal potenciálny dopad snímok s účinkami kresieb, ktoré urobil anglický vedec Robert Hooke v 1600-tych rokoch. Tieto ilustrácie ukázali ľuďom, ako hmyz a rastliny vyzerajú mikroskopom.
"Otvoril sa svet," povedal Galison o práci Hooke.
Ďalekohľad veľkosti Zeme
EHT je konzorcium viac ako 200 vedcov, ktorí pracujú približne dve desaťročia. Je to skutočne medzinárodné úsilie; financovanie v priebehu rokov prišlo z Národnej vedeckej nadácie USA a mnohých ďalších organizácií v krajinách po celom svete.
Projekt má svoj názov podľa známeho bodu návratu čiernej diery - hranice, za ktorou nemôže uniknúť gravitačným väzbám objektu nič, dokonca ani svetlo.
"Horizontom podujatia je konečná väzenská stena," uviedol Space.com, zakladajúci riaditeľ BHI Avi Loeb, predseda Harvardského astronomického oddelenia. (Loeb nie je súčasťou tímu EHT.) „Len čo sa do toho pustíš, nikdy sa nemôžeš dostať von.“
Preto nie je možné fotografovať interiér čiernej diery, pokiaľ sa vám nejako nepodarí dostať sa tam. (Vy a vaše obrázky sa samozrejme nemôžete dostať späť do okolitého sveta.)
EHT teda predstavuje horizont udalostí a mapuje temnú siluetu čiernej diery. (Disk rýchlo sa pohybujúceho plynu víriaci okolo a do čiernych dier vyžaruje veľa žiarenia, takže takéto siluety vynikajú.)
„Hľadáme stratu fotónov,“ povedal Space.com člen vedeckej rady EHT Dan Marrone, docent astronómie na Arizonskej univerzite.
Projekt skúmal dve čierne diery - bombu M87, ktorá má asi 6,5 miliárd násobok hmotnosti Slnka Zeme, a strednú čiernu dieru našej Mliečnej dráhy, známej ako Strelec A *,. Tento posledne uvedený objekt, aj keď je stále supermasívnou čiernou dierou, je v porovnaní so šelmou M87 runou, ktorá obsahuje iba 4,3 milióna slnečných hmôt.
Oba tieto objekty sú tvrdými cieľmi kvôli ich obrovskej vzdialenosti od Zeme. Strelec A * leží od nás asi 26 000 svetelných rokov a čierna diera M87 je vzdialená 53,5 milióna svetelných rokov.
Z nášho pohľadu je horizont udalostí Strelca A * taký malý, že je to ekvivalent videnia pomaranča na Mesiaci alebo schopnosti prečítať noviny v Los Angeles, keď sedíte v New Yorku, “uviedol Doeleman počas udalosť SXSW minulý mesiac.
Ani jeden ďalekohľad na Zemi nedokáže toto pozorovanie pozorovať, takže Doeleman a zvyšok tímu EHT museli byť kreatívni. Vedci prepojili rádioteleskopy v Arizone, Španielsku, Mexiku, Antarktíde a ďalších miestach po celom svete a vytvorili virtuálny nástroj veľkosti Zeme.
Toľko údajov
Tím EHT použil tento megascope na štúdium dvoch supermasívnych čiernych dier počas dvoch týždenných úsekov - raz v apríli 2017 a opäť v nasledujúcom roku. Nové snímky pochádzajú z prvého sledovania.
Existujú dobré dôvody, prečo uplynuli dva roky, kým vyjde prvý výsledok projektu. Na jednej strane, každú noc pozorovania vygenerovalo asi 1 petabajt údajov, čo viedlo k takémuto záťahu, že tím musel presunúť svoje informácie z miesta na miesto staromódnym spôsobom.
„Neexistuje spôsob, ako by sme mohli tieto údaje preniesť cez internet,“ uviedla na udalosti SXSW vedkyňa projektu EHT Dimitrios Psaltis, profesor astronómie na Arizonskej univerzite. „To, čo skutočne robíme, je, že vezmeme naše pevné disky a FedEx ich umiestňujeme z miesta na miesto. Je to oveľa rýchlejšie ako akýkoľvek kábel, ktorý kedy nájdete.“
To samozrejme spomaľuje a komplikuje analýzu. Napríklad údaje z rozsahu EHT blízko južného pólu sa nemohli dostať z Antarktídy až do decembra 2017, keď bolo dosť teplo na to, aby lietadlá prichádzali a odchádzali, uviedla Marrone.
Korelácia a kalibrácia údajov bola tiež zložitá, dodal. A tím sa o túto prácu veľmi staral vzhľadom na výraznú povahu nálezu.
„Ak prídete s veľkým nárokom na zobrazenie čiernej diery, musíte mať veľké dôkazy, veľmi silné dôkazy,“ povedal Doeleman na udalosti SXSW (ktorá slúžila ako vysvetlenie snahy EHT, ale neoznámila všetky výsledky).
„A v našom projekte si často myslíme, že ľudia ako [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [a Karl] Schwarzschild] sa trochu pozerajú na naše plecia,“ dodal s odkazom na fyzikov, ktorí pomohli priekopníkom v našom chápaní čiernych dier. „A keď máte svietidlá takého druhu, že prakticky kontrolujú vašu prácu, naozaj to chcete napraviť.“
Čo to všetko znamená
Projekt EHT má dva hlavné ciele, uviedol Psaltis: po prvýkrát predstaviť horizont udalostí a pomôcť určiť, či Einsteinova teória všeobecnej relativity potrebuje nejaké revízie.
Predtým, ako prišiel Einstein, bola gravitácia všeobecne považovaná za záhadnú silu na diaľku. Ale všeobecná relativita to opisuje ako deformáciu časopriestoru: Masívne objekty, ako sú planéty, hviezdy a čierne diery, vytvárajú v časopriestore určitý pokles, podobne ako bowlingová guľa, ak by bola umiestnená na trampolíne. Objekty v okolí nasledujú túto krivku a sú privedené k centrálnej omši.
Všeobecná relativita sa od svojho zavedenia neuveriteľne dobre udržala po celé storočie a prešla každou skúškou, ktorú na ňu vedci uvrhli. Pozorovania EHT však poskytujú ďalší pokus v extrémnej ríši, kde predpovede nemusia zodpovedať realite. Je to preto, že astronómovia dokážu vypočítať očakávanú veľkosť a tvar horizontu udalostí pomocou všeobecnej relativity, vysvetlila Psaltis.
Ak pozorovaná silueta zodpovedá simuláciám založeným na teórii, „potom mal Einstein 100% pravdu,“ uviedla Psaltis. „Ak odpoveď nie je, potom musíme vyladiť jeho teóriu, aby fungovala s experimentmi. Takto veda pokračuje.“
A dnes sme sa dozvedeli, že nie sú potrebné žiadne vylepšenia, aspoň v súčasnosti: pozorovania E87 MHT sú v súlade so všeobecnou relativitou, uviedli členovia tímu. Konkrétne, horizont udalostí je takmer kruhový a je „správnou“ veľkosťou pre čiernu dieru tejto obrovskej hmoty.
„Musím priznať, že som bol trochu ohromený, že sa tak presne zhodovali s predpoveďami, ktoré sme urobili,“ povedal na dnešnej tlačovej konferencii člen tímu EHT Avery Broderick z University of Waterloo a Perimeter Institute of the teoretical Physics v Kanade. ,
Takéto pozemné pravdy sú samozrejme nevyhnutné pre vedecký proces. V skutočnosti bude poskytovanie lepších informácií pre teórie a simulácie pravdepodobne jedným z najväčších príspevkov EHT, uviedol Loeb.
„Robiť fyziku je dialóg s prírodou,“ povedal. „Naše nápady testujeme porovnaním s experimentmi; experimentálne údaje sú rozhodujúce.“
Nové výsledky by tiež mali pomôcť vedcom lepšie zvládnuť čierne diery. Napríklad snímky EHT pravdepodobne osvetlia výrazné svetlo o tom, ako sa špirály plynu ukladajú do čiernej diery. Tento proces narastania, ktorý môže viesť k vytvoreniu silných prúdov žiarenia, je podľa Loeba nepochopený.
Okrem toho tvar horizontu udalostí môže odhaliť, či sa čierna diera otáča, uviedla Fiona Harrison z Kalifornského technologického inštitútu, hlavného výskumného pracovníka štúdia čiernych dier NASA. Pole nukleárneho spektroskopického ďalekohľadu (NuSTAR) misia.
"Nepriamo sme odvodili roztoč čiernych dier," povedal Harrison, ktorý nie je členom tímu EHT, Space.com. Snímky EHT poskytujú „priamy test, ktorý je veľmi vzrušujúci“, dodala.
Dáta EHT odhalili, že čierna diera M87 sa točí v smere hodinových ručičiek.
Projekt by mal tiež ukázať, ako je hmota distribuovaná okolo čiernej diery, a pozorovania EHT by nakoniec mohli astronómov naučiť veľa o tom, ako supermasívne čierne diery ovplyvňujú vývoj ich hostiteľských galaxií v dlhodobom meradle, uviedol Harrison.
Výsledky EHT tiež dobre zapadajú do výsledkov Gravitačné vlnové observatórium s laserovým interferónom (LIGO), ktorý zistil zvlnenie priestoru a času spôsobené fúziami, pri ktorých došlo k čiernym dierám len niekoľko desiatok krát mohutnejších ako slnko.
„Napriek tomu, že sa známe čierne diery pohybujú v hmotnostnom faktore jednej miliardy, zhodujú sa s jediným opisom,“ uviedol Broderick dnes. „Veľké a malé čierne diery sú dôležitými spôsobmi analogické. To, čo sa učíme od jedného typu, sa nevyhnutne týka druhého.“
A v prípade, že vás zaujíma Strelec A *: Tím EHT dúfa, že čoskoro získa snímky tejto supermasívnej čiernej diery, povedal Doeleman dnes. Vedci sa najprv pozreli na M87 a jeho vyriešenie je omnoho ľahšie ako v prípade Strelca A *, pretože je v krátkom časovom období menej variabilný.
Nová perspektíva?
Potom je tu širšia príťažlivosť novo vydaných snímok - ako to hovorí s tými z nás, ktorí nie sú astrofyzici.
Príspevky v tejto aréne by mohli byť významné, uviedli členovia tímu EHT a externí vedci. Fotografie môžu zmeniť spôsob, akým myslíme na seba a na svoje miesto vo vesmíre, poznamenala Marrone, citujúc slávnu fotografiu „Earthrise“, ktorú nasnímal astronaut Apollo 8 Bill Anders v decembri 1968. Tento obrázok, ktorý dal masám pohľad na našu planétu ako je to skutočne - osamelý základ života v nekonečnom mori temnoty - má veľkú zásluhu na tom, že napomáha urýchliť environmentálne hnutie.
Vidieť čiernu dieru v reálnom živote - alebo jej siluetu - „je to vec sci-fi,“ povedal Harrison. A videli sme iba niekoľko prvých fotografií projektu, dodala: „Budú sa zlepšovať.“
- Astronómovia sa po prvýkrát stretnú s čiernym dierom pomocou ďalekohľadu Horizon
- Táto obrovská čierna diera sa točí pri polovičnej rýchlosti svetla!
- 8 Baffling Astronomy Mysteries
Kniha Mika Wallovej o hľadaní mimozemského života, “Tam vonku"(Grand Central Publishing, 2018; ilustrované Karl Tate), už je mimo. Nasledujte ho na Twitteri @michaeldwall, sledujte nás na Twitteri @Spacedotcom alebo Facebook.
