https://frosthead.com

Астрономи прво примећују слику супермасивне црне рупе

У средишту галаксије зване Мессиер 87, удаљеној око 55 милиона светлосних година, око које се налази читава материја галаксије, налази се чудовиште: супермасивна црна рупа. Са око 6, 5 милијарди пута већом од масе Сунца, црна рупа у центру М87 је толико густа да је њена брзина изласка или брзина потребна да се избегне гравитација објекта већа од брзине светлости. У складу с тим, ни фотони светлости не могу побјећи кад се преблизу.

Али, немојте да вас име "црна рупа" завара. "Као врста парадокса природе, црне рупе, које не дозвољавају да светло изађе, су неки од најсјајнијих објеката у свемиру", каже Схеп Доелеман, виши истраживач Харвард-Смитхсониан Центра за астрофизику и директор пројекта Евент Хоризон Телесцопе (ЕХТ), међународног напора да се директно прикаже супермасивна црна рупа са телескопима широм света.

Данас је пројекат ЕХТ, који обухвата осам опсерваторија и преко 60 научних институција у више од 20 земаља, објавио прву слику црне рупе. "Ово је први пут да сам видео ову слику управо сада", каже Франце Цордова, директор Националне научне фондације (НСФ), на конференцији за штампу у Националном клубу за штампу. „И то ми је довело сузе на очи. Ово је јако велика ствар. "

Шест научних радова објављено је данас у Астрофизичком часопису у којима су детаљно описана прва директна запажања о црној рупи.

Иако свјетлост не може побјећи од саме црне рупе, свака црна рупа окружује сваку црну рупу, познату као хоризонт догађаја. Било која материја која лута изван хоризонта догађаја троши црна рупа, али како се гасови накупљају непосредно изван хоризонта догађаја, они се загревају на стотине милијарди степени, емитујући огромну количину зрачења широм галаксије. Хоризонт догађаја око црне рупе М87 је око 1, 5 светлосних дана, односно око 40 милијарди километара, отприлике исте величине као и наш Сунчев систем.

„Оно што очекујемо ако видимо супермасиву црну рупу у центру галаксије, а ми мислимо да они постоје у центрима већине галаксија, је да интензивна гравитација извлачи гас у близини према црној рупи, и греје се горе “, каже Доелеман. "Покушавате да компримирате пуно гаса до најмање запремине коју можете замислити ... и све то веома врући гас емитује [светлост]."

Након година планирања од стране преко 200 међународних научника, подаци који су требали да покажу прву слику црне рупе икада су спремни. Тим се окупља на велико откриће - то је сеизмички тренутак у астрофизици.

Проматрања црне рупе у средишту М87 показују да се она ротира у смјеру казаљке на сату. На дну слике, где је прстен светлости светлији, ротација црне рупе се креће према нама, док се део прстена на врху слике одмиче.

Снимање горућег гаса који окружује хоризонт догађаја црне рупе, а који астрономи називају „сенком“ црне рупе или њеном „силуетом“ показало се да није лак задатак. Црна рупа М87 налази се у средишту галаксије, закривена иза сјајних звезда и сјајних зрака и прашине. Да би ухватили фотоне светлости који успевају да побегну из гравитационе јаме супермасивне црне рупе, увучене у хоризонт догађаја пре него што су летели 55 милиона светлосних година кроз М87 и кроз међгалактички простор ка Земљи, астрономи су повезали неке од најмоћнијих радија телескопи икада изграђени да у одређеном смислу конструишу телескоп величине Земље.

"Постоји посебно поље под називом Веома дугачка базна интерферометрија, у којем вежете радио суђе широм света и добијате изузетно велика увећања", каже Доелеман. Радио-астрономске опсерваторије, од телескопа Јужног пола до Гренландског телескопа, допринеле су или ће допринети опажањима ЕХТ-а. "Помоћу ВЛБИ технике, где читаву Земљу чините телескопом, морате повезати посуђе са обе стране Земље заједно помоћу мреже атомског сата, и то је оно што радимо."

Телескоп телескопе Хоризон прикупио је податке за прву слику црне рупе у 2017. Користећи атомске сатове за поравнавање опажања у времену, а суперрачунари за састављање петабајта података, научници могу ефикасно постићи резолуцију телескопа величине Земље - али а не могућност сакупљања светлости, па се техника може користити само за посматрање веома светлих објеката. ВЛБИ може сакупљати само радио таласе на површинама посуђа, који се непрестано окрећу са Земљом, пазећи на средиште М87.

АЛМА Велики милиметар / субмилиметарски низ Атацама (АЛМА), смештен на северу Чилеа, са Млечним путем видљивЕСО / И. Белетски на небу. АЛМА је најмоћнија радио опсерваторија у мрежи Евент Хоризон Телесцопе. (ЕСО / И. Белетски)

„На ове телескопе можете мислити као на ситне комадиће сребра на огледалу величине Земље, и док се крећу уоколо проналазе праменове рефлективности, и на тај начин ви завршавате ткање заједно или предење, телескоп величине Земље - скоро зграда веб онако како ради паук “, каже Доелеман.

Телескопи прикупљају екстремно високе фреквенције (ЕХФ) радио таласе, скоро инфрацрвено светло на електромагнетном спектру, таласне дужине 1, 3 милиметра. Фреквенција је „управо савршена“ како би се прошло експанзивно путовање од ивица црне рупе до наших радио судова, каже Доелеман. Опсерваторије се углавном окрећу према М87 ноћу, а током месеци марта и априла, када су атмосферске водене паре на најнижим нивоима.

Телескоп случајног хоризонта такође је посматрао Стрелца А *, супермасиву црну рупу у центру наше галаксије, Млечни пут. Стрелац А * (изговара се „Стрелац А-звезда“) је много мање активна супермасивна црна рупа од оне у центру М87. Смештен око 26 000 светлосних година, Стрелац А * је довољно мали да се на небу чини приближно исте величине као и далеко даљи М87.

Многи научници верују да црне рупе имају смисла у царству теоријске физике, али у стварном животу заиста не могу постојати. Снимање слике црне рупе промијенило би све то.

Поред ужареног хоризонта догађаја око црне рупе М87, предмет избацује у простор светлеће материјале са својих полова. "Набављате ове млазове релативистичких честица, јер су наравно врло енергичне, које могу да искачу на десетине хиљада светлосних година", каже Доелеман. "Они могу прећи целу галаксију и то ослобађање енергије у галактичкој скали може променити начин на који изгледа читава галаксија."

Енергија млазева који потичу из супермасивне црне рупе одређује се колико материје троши црна рупа, као и њена ротација, магнетно поље и друга својства. „Млазници у енергији носе еквивалент 10 милијарди супернова“, каже Сера Маркофф, члан научног савета ЕХТ и професор са Универзитета у Амстердаму, на конференцији за новинаре. "Ове вртоглаве вртаче у ткиву простора и времена имају много последица", каже Маркофф. Када црна рупа исијава огромне количине енергије, спречава да гасови око хоризонта догађаја формирају нове звезде, стишавајући раст галаксија.

У средишту црне рупе, према Аинстеиновој општој теорији релативности, налази се тачка сингуларности у којој се сва материја објекта сакупља у обиму толико малом да је густина у суштини бесконачна. У овом тренутку се верује да се познати закони физике руше. Ближе хоризонту догађаја, међутим, научници ће испитивати облик силуете црне рупе да би тестирали законе релативности.

"Морам признати да сам био помало запањен што се толико ускладио са предвиђањима која смо дали", каже Авери Бродерицк, астрофизичар са ЕХТ-а и ванредни професор на Универзитету Ватерлоо, на конференцији за штампу. „То је задовољавајуће, али и мало узнемирујуће.“

Облик светлости око црне рупе, познат као фотонски прстен где светлост кружи око средишта, служи као најинтензивнији тест Еинстеинове теорије гравитације икада вођене.

"Један од разлога зашто видите светлосни прстен је тај што је то орбита на којој су фотони ограничени да се крећу у кругу око црне рупе", каже Доелеман. „Стварно је изванредно - узмете предмет попут фотона који путује онолико брзо колико све може да прође у свемиру, најбрже се крећете, а затим схватите да постоји објект који се зове црна рупа због којег ће се тај светлосни зрак савити комплетан круг. А то је у суштини оно што видите. ... А ако прођете кроз Еинстеинове једначине, то је врло посебна орбита. "

Видети прстен око црне рупе, његове сенке обрисане космосом, потврдио је да теоријска физика положена пре више од 100 година још увек важи „у једној од најекстремнијих лабораторија коју нам универзум пружа“.

„Мислим да то говори људском духу, искрено, да смо у стању да га повучемо“, каже Доелеман.

Ловци на црне рупе премијерно се приказују у петак, 12. априла у 21.00 на каналу Смитхсониан.

Астрономи прво примећују слику супермасивне црне рупе