Az Event Horizon Telescope, egy nyolc földi rádióteleszkóp bolygóméretű tömbje, amelyet nemzetközi együttműködés útján kovácsoltak, elfoglalták az M87 galaxis közepén lévő szupermasszív fekete lyuk és annak árnyékának ezt a képet.
(Kép: © EHT Együttműködés)
A fekete lyukakat végül kihúzták az árnyékból.
Az emberiség először fényképezte ezeknek a megfoghatatlan kozmikus vadállatoknak az egyikét, és világossá vált egy egzotikus tér-idő birodalomban, amely már régóta túlmutatott kenünkön.
"Láttuk, hogy mi úgy láthatatlan, hogy megvalósíthatatlan" - mondta Sheperd Doeleman, a Harvard Egyetem és a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ, ma (április 10-én) a washingtoni Nemzeti Sajtóklub sajtótájékoztatóján, D.C.
Doeleman az Event Horizon Telescope (EHT) projektet irányítja, amely az epikus képeket rögzítette. Ez a négy fénykép, amelyeket ma a sajtó rendezvényein mutattak be a világ minden tájáról és a közzétett cikkek sorozatában, felvázolja a szörny fekete lyukának körvonalait, amely az M87 elliptikus galaxis szívében rejlik.
A képek önmagában eléggé elképesztőek. A kutatók szerint még ennél is fontosabb az az út, amelyet az új eredmények valószínűleg befejeznek.
"Valóban új felfedezésre váró terület van" - mondta Peter Galison, a fizikai és a tudománytörténet professzora a Harvardon a múlt hónapban az EHT-beszélgetésben a South by Southwest (SXSW) fesztiválon Austinban, Texasban. "És ez végül ennyire izgalmas ebben a tekintetben."
Galison, aki a Harvard interdiszciplináris Fekete Lyuk Kezdeményezésének (BHI) társalapítója, összehasonlította a képek lehetséges hatásait az angol tudós Robert Hooke által az 1600-as években készített rajzokkal. Ezek az illusztrációk megmutatták az embereknek, hogy miként néznek ki a rovarok és növények mikroszkóp segítségével.
"Megnyitotta a világot" - mondta Galison Hooke munkájáról.
A Föld méretű távcső
Az EHT egy több mint 200 tudósból álló konzorcium, amely körülbelül két évtizede dolgozik. Ez valóban nemzetközi törekvés; az évek során az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Alapítványa és a világ többi országának sok más szervezete támogatást kapott.
A projekt a fekete lyuk híres visszatérési pontjáról kapta nevét - az a határ, amelyen túl semmi, még a fény sem sem képes elkerülni az objektum gravitációs kuplungjait.
"Az esemény horizontja a végső börtönfala." - mondta a BHI alapító igazgatója, Avi Loeb, a Harvard csillagászati osztályának elnöke a Space.com-nak. (Loeb nem része az EHT csapatnak.) "Ha belépsz, soha nem tudsz kijutni."
Ezért lehetetlen fényképezni egy fekete lyuk belsejét, hacsak nem sikerül önmagával bejutni. (Te és a képeid természetesen nem tudnák visszajuttatni a külvilághoz.)
Tehát az EHT az esemény horizontját ábrázolja, feltérképezve a fekete lyuk sötét sziluettjét. (A gyorsan mozgó gáz korongja, amely fekete lyukak között körbeforog, sok sugárzást bocsát ki, tehát az ilyen sziluettek kiemelkednek.)
"A fotonok elvesztését várjuk" - mondta az EHT tudományos tanácsának tagja, Dan Marrone, az Arizonai Egyetem csillagászatának egyetemi docens, az Space.com.
A projekt két fekete lyukat vizsgált - az M87 behemótot, amely körülbelül 6,5 milliárdszorosa a Föld napjának tömegét, és a Tejút galaxisunk központi fekete lyukát, Nyilas A * néven. Ez utóbbi tárgy, bár még mindig szupermasszív fekete lyuk, az M87 vadállatához viszonyítva, csupán 4,3 millió napenergiát tartalmaz.
Mindkét tárgy kemény célpont, mivel a Földtől való távolság nagy. A Nyilas A * mintegy 26 000 fényévnyire van tőlünk, az M87 fekete lyuk pedig óriási 53,5 millió fényévnyire van.
Szempontunkból a Nyilas A * eseményhorizontja olyan kicsi, hogy egyenértékű narancs látásával a Holdon, vagy Los Angeles-i újságolvasással, miközben New Yorkban ülsz "- mondta Doeleman. az SXSW esemény a múlt hónapban.
A Földön egyetlen teleszkóp nem tudja megtenni ezt a megfigyelést, tehát Doelemannek és az EHT többi tagjának kreatívnak kellett lennie. A kutatók összekapcsoltak rádióteleszkópokat Arizonában, Spanyolországban, Mexikóban, Antarktiszon és a világ más tájain, és a Föld méretének megfelelő virtuális műszert képeznek.
Olyan sok adat
Az EHT csapata ezt a megaszkópot használta a két szupermasszív fekete lyuk tanulmányozására két hetes hosszú szakaszon - egyszer 2017 áprilisában, majd a következő évben. Az új képek az első megfigyelési szakaszból származnak.
Indokolt okok miatt két évbe telik, mire a projekt első eredménye megjelenik. Egyrészről minden megfigyelési éjszaka körülbelül 1 petayte adatot generált, ami olyan távolságot eredményezett, hogy a csapatnak az információját a helyről a régi módra kell helyeznie.
"Semmi esetre sem továbbíthatjuk ezeket az adatokat az interneten keresztül" - mondta az EHT projekt tudósa, Dimitrios Psaltis, az Arizonai Egyetem csillagászati professzora az SXSW rendezvényen. "Szóval, amit valójában csinálunk, megtesszük a merevlemezeinket, és helyről a helyre másoljuk a FedEx-et. Ez sokkal gyorsabb, mint bármilyen kábel, amelyet valaha találhat."
Ez természetesen lelassítja és bonyolítja az elemzést. Például az EHT körzetéből származó adatok a déli pólus közelében csak 2017 decemberéig tudtak kiszállni az Antarktiszról, amikor elég meleg volt, hogy a repülőgépek be- és kijuthassanak - mondta Marrone.
Az adatok korrelálása és kalibrálása szintén bonyolult volt. És a csapat nagyon óvatosan vette ezt a munkát, tekintettel a lelet emlékezetes természetére.
"Ha nagy igényt fog felmutatni egy fekete lyuk leképezésére, akkor nagy bizonyítékokkal kell rendelkeznie, nagyon erős bizonyítékokkal kell rendelkeznie" - mondta Doeleman az SXSW rendezvényen (amely az EHT erőfeszítésének magyarázata volt, de nem jelentette be bármilyen eredmény).
"És a projektünk során gyakran azt gondoljuk, hogy az olyan emberek, mint [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [és Karl] Schwarzschild, a vállaink fölé néznek" - tette hozzá, fizikusokra hivatkozva, akik elősegítették a fekete lyukak megértését. "És ha van olyan világítótestek, amelyek gyakorlatilag ellenőrzik a munkádat, akkor igazán szeretné megjavítani."
Mit jelent ez az egész?
Az EHT projektnek két fő célja van, mondta Psaltis: az esemény horizontját először ábrázolja, és segít meghatározni, vajon Einstein általános relativitáselméletének felülvizsgálata szükséges-e.
Mielőtt Einstein eljött, a gravitációt általában távolról rejtélyes erőnek tekintették. De az általános relativitáselmélet azt írja le, mint a tér-idő elvesztését: Olyan hatalmas tárgyak, mint a bolygók, csillagok és fekete lyukak, egyfajta sag-t hoznak létre a téridőben, ugyanúgy, mint egy bowling-golyó, ha trambulinra helyeznék. A közeli tárgyak követik ezt a görbét, és a központi tömeg felé vezetnek.
Az általános relativitáselmélet hihetetlenül jól tartotta fenn az évszázadot a bevezetése óta, és minden tesztet letett, amelyet a tudósok vettek rá. De az EHT megfigyelései újabb próbát jelentenek egy szélsőséges birodalomban, ahol az előrejelzések nem egyeznek meg a valósággal. Ennek oka az, hogy a csillagászok az általános relativitáselmélet alapján kiszámíthatják az eseményhorizont várható méretét és alakját - magyarázta Psaltis.
Ha a megfigyelt sziluett megegyezik az elmélettel megalapozott szimulációkkal, "akkor Einsteinnek 100% -ban igaza volt" - mondta Psaltis. "Ha a válasz nem, akkor meg kell változtatnunk az elméletét annak érdekében, hogy kísérleteivel működjön. Így jár a tudomány."
És ma megtudtuk, hogy legalább pillanatnyilag nincs szükség csípésre: az EHT M87 megfigyelései összhangban állnak az általános relativitáselmélettel - mondta a csapat tagjai. Nevezetesen, az eseményhorizont majdnem kör alakú, és a "megfelelő" méretű egy hatalmas tömegű fekete lyuk számára.
"Be kell vallanom, kissé megdöbbent, hogy olyan közel áll az előrejelzésekhez, amelyeket tettünk" - mondta a mai sajtótájékoztatón Avery Broderick, az EHT csapat tagja, a Waterloo Egyetem és a kanadai Elméleti Fizikai Perimter Intézet. .
Az ilyen földhasználat természetesen létfontosságú a tudományos folyamat szempontjából. Valójában a jobb információ biztosítása az elméletek és a szimulációk beépítéséhez valószínűleg az EHT egyik legnagyobb hozzájárulása - mondta Loeb.
"A fizika folytatása párbeszéd a természettel" - mondta. "Kipróbáljuk ötleteinket úgy, hogy összehasonlítjuk őket kísérletekkel; a kísérleti adatok elengedhetetlenek."
Az új eredményeknek segíteniük kell a tudósokat abban is, hogy jobban kezeljék a fekete lyukakat - mondta ő és más kutatók. Például az EHT képei valószínűleg jelentős fényt fognak ragyogni arra nézve, hogy a gáz spirálisan mikor alakul át egy fekete lyuk lábává. Ezt az akkumulációs folyamatot, amely erőteljes sugárfúvókák előállításához vezethet, rosszul értjük, mondta Loeb.
Ezenkívül az eseményhorizont formája felfedheti, hogy forog-e egy fekete lyuk - mondta Fiona Harrison, a kaliforniai Technológiai Intézet, a NASA fekete lyukkal foglalkozó kutatója Nukleáris spektroszkópos távcső tömb (NuSTAR) küldetés.
"Közvetlenül a fekete lyukak forogását vontuk le" - mondta Harrison, aki nem tagja az EHT csapatának. Az EHT képei "közvetlen tesztet nyújtanak, ami nagyon izgalmas" - tette hozzá.
Az EHT adatai szerint az M87 fekete lyuk az óramutató járásával megegyező irányban forog - mondta a csapat tagjai ma.
A projektnek azt is meg kell mutatnia, hogy az anyag hogyan oszlik meg egy fekete lyuk körül, és az EHT megfigyelések sokkal megtaníthatják a csillagászoknak arról, hogy a szupermasszív fekete lyukak hogyan alakítják gazdag galaktikáik evolúcióját hosszú időtartamon keresztül - mondta Harrison.
Az EHT eredményei is jól illeszkednek a Lézer-interferométer gravitációs hullámú obszervatórium (LIGO), amely mindössze néhány tucatszor hatalmasabb, mint a nap, észlelte a fekete lyukakkal járó egyesülések által generált tér-idő hullámakat.
"Annak ellenére, hogy a tömeg meghaladja a milliárd tömeget, az ismert fekete lyukak egységesen állnak egyetlen leírásban" - mondta Broderick ma. "A nagy és kicsi fekete lyukak fontos szempontból analógok. Amit az egyik [típustól] megtanulunk, szükségszerűen vonatkozik a másikra."
És ha kíváncsi vagy a Nyilas A * -ra: Az EHT csapata reméli, hogy hamarosan elkészíti a szupermasszív fekete lyuk képeit - mondta ma Doeleman. A kutatók először az M87-et vizsgálták, és egy kicsit könnyebb megoldani, mint a Nyilas A * -ot, mert kevésbé változó rövid ütemterv alatt - magyarázta.
Új perspektíva?
Aztán ott van az újonnan kiadott képek szélesebb vonzereje - hogyan szól azoknak, akik nem vagyunk asztrofizikusok.
Az aréna hozzájárulása jelentős lehet, mondták az EHT-csoport tagjai és a külső tudósok. A fotók megváltoztathatják a saját magunkról és az univerzumban elfoglalt helyünkről való gondolkodásukat - jegyezte meg Marrone, hivatkozva a híres "Earthrise" fotóra, amelyet az Apollo 8 űrhajós Bill Anders készített 1968 decemberében. Ez a kép a tömegeknek pillantást vetett a bolygónkra, valójában - az élet magányos előretolása a sötétség végtelen tengerében - széles körben elismerik a környezeti mozgalom ösztönzésének elősegítését.
A valós életben lévő fekete lyuk - vagy annak sziluettjének látása - "a tudományos fantasztikus cucc" - mondta Harrison. És láttuk csak a projekt néhány első fényképét, tette hozzá: "Csak jobb lesz."
- Csillagászok, hogy először fekete lyukba lépjenek be az Event Horizon távcső segítségével
- Ez a hatalmas fekete lyuk a fénysebesség felén forog!
- 8 Csodálatos csillagászat rejtélyek
Mike Wall könyve az idegen élet kereséséről "Kint"(Grand Central Publishing, 2018; illusztrálja: Karl Tate), már kint van. Kövesse őt a Twitteren @michaeldwall. Kövess minket a Twitteren @Spacedotcom vagy Facebook.
