Event Horizon Telescope, zestaw ośmiu naziemnych radioteleskopów w skali planety powstałych w wyniku międzynarodowej współpracy, uchwycił ten obraz supermasywnej czarnej dziury w centrum galaktyki M87 i jej cienia.
(Zdjęcie: © Współpraca EHT)
Czarne dziury zostały w końcu wyciągnięte z cienia.
Po raz pierwszy ludzkość sfotografowała jedną z tych nieuchwytnych kosmicznych bestii, świecąc światłem w egzotycznym królestwie czasoprzestrzennym, które od dawna było poza zasięgiem naszej myśli.
„Widzieliśmy to, co uważaliśmy za niewidzialne” - powiedział dziś (10 kwietnia) podczas konferencji prasowej w National Press Club w Waszyngtonie, Sheperd Doeleman z Harvard University i Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics.
Doeleman kieruje projektem Event Horizon Telescope (EHT), który uchwycił niesamowite obrazy. Te cztery zdjęcia, które zostały dziś odsłonięte podczas wydarzeń prasowych na całym świecie oraz w szeregu opublikowanych artykułów, przedstawiają kontury potwornej czarnej dziury czającej się w sercu galaktyki eliptycznej M87.
Obrazy są zadziwiające same w sobie. Naukowcy stwierdzili, że jeszcze bardziej znaczący jest ślad, który prawdopodobnie zaczną płonąć nowe wyniki.
„Jest naprawdę nowa dziedzina do odkrycia” - powiedział Peter Galison, profesor fizyki i historii nauki na Harvardzie podczas przemówienia EHT w zeszłym miesiącu na festiwalu South by Southwest (SXSW) w Austin w Teksasie. „I to właśnie jest w tym ekscytujące”.
Galison, który był współzałożycielem interdyscyplinarnej inicjatywy Harvarda Black Hole Initiative (BHI), porównał potencjalny wpływ zdjęć do rysunków wykonanych przez angielskiego naukowca Roberta Hooke'a w 1600 roku. Te ilustracje pokazały ludziom, jak wyglądają owady i rośliny pod mikroskopem.
„Otworzyło świat” - powiedział Galison o pracy Hooke'a.
Teleskop wielkości Ziemi
EHT jest konsorcjum złożonym z ponad 200 naukowców, które działa od około dwóch dekad. To prawdziwie międzynarodowe przedsięwzięcie; fundusze na przestrzeni lat pochodziły od National Science Foundation USA i wielu innych organizacji w krajach na całym świecie.
Projekt bierze swoją nazwę od słynnego punktu, z którego nie ma powrotu czarnej dziury - granicy, za którą nic, nawet światło, nie może uciec ze sprzęgła grawitacyjnego obiektu.
„Horyzont wydarzeń jest ostateczną ścianą więzienia” - powiedział Space.com dyrektor założyciel BHI, Avi Loeb, przewodniczący wydziału astronomii Harvarda. (Loeb nie należy do zespołu EHT.) „Gdy już wejdziesz, nigdy się nie wydostaniesz”.
Dlatego niemożliwe jest sfotografowanie wnętrza czarnej dziury, chyba że sam jakoś się tam dostaniesz. (Ty i twoje zdjęcia oczywiście nie mogliście wrócić do świata zewnętrznego.)
EHT wyobraża horyzont zdarzeń, odwzorowując ciemną sylwetkę czarnej dziury. (Dysk szybko poruszającego się gazu wiruje wokół czarnych dziur i emituje dużo promieniowania, więc takie sylwetki się wyróżniają.)
„Szukamy utraty fotonów” - powiedział Space.com członek rady naukowej EHT Dan Marrone, profesor astronomii na Uniwersytecie Arizony.
W ramach projektu badane są dwie czarne dziury - behemot M87, który kryje masę około 6,5 miliarda razy większą niż masa Słońca na Ziemi, oraz centralna czarna dziura naszej własnej Drogi Mlecznej, znana jako Strzelec A *. Ten ostatni obiekt, mimo że nadal jest supermasywną czarną dziurą, jest wybuchem w porównaniu do bestii M87, zawierającym zaledwie 4,3 miliona mas Słońca.
Oba te obiekty są trudnymi celami ze względu na ich ogromną odległość od Ziemi. Strzelec A * leży około 26 000 lat świetlnych od nas, a czarna dziura M87 znajduje się w odległości 53,5 mil lat świetlnych stąd.
Z naszej perspektywy horyzont zdarzeń Strzelca A * jest tak mały, że jest to odpowiednik zobaczenia pomarańczy na Księżycu lub możliwości przeczytania gazety w Los Angeles, gdy siedzisz w Nowym Jorku - powiedział Doeleman podczas wydarzenie SXSW w zeszłym miesiącu.
Żaden teleskop na Ziemi nie jest w stanie przeprowadzić tej obserwacji, więc Doeleman i reszta zespołu EHT musieli wykazać się kreatywnością. Naukowcy połączyli radioteleskopy w Arizonie, Hiszpanii, Meksyku, Antarktydzie i innych miejscach na całym świecie, tworząc wirtualny instrument wielkości Ziemi.
Tyle danych
Zespół EHT wykorzystał ten megaskop do zbadania dwóch supermasywnych czarnych dziur do dwóch tygodniowych odcinków do tej pory - raz w kwietniu 2017 r. I ponownie w następnym roku. Nowe zdjęcia pochodzą z pierwszego przebiegu obserwacji.
Istnieją dobre powody, dla których minęły dwa lata, zanim pojawił się pierwszy wynik projektu. Po pierwsze, każda noc obserwacji generuje około 1 petabajta danych, co skutkuje takim zaciągiem, że zespół musi przenosić swoje informacje z miejsca na miejsce w staromodny sposób.
„Nie ma możliwości, abyśmy mogli przenieść te dane przez Internet”, powiedział naukowiec projektu EHT Dimitrios Psaltis, profesor astronomii na Uniwersytecie Arizony podczas SXSW. „Tak naprawdę to, co robimy, bierzemy nasze dyski twarde i dostarczamy je z miejsca na miejsce. Jest to znacznie szybsze niż jakikolwiek kabel, jaki kiedykolwiek można znaleźć”.
To oczywiście spowalnia i komplikuje analizę. Na przykład dane z zakresu EHT w pobliżu bieguna południowego nie mogły opuścić Antarktydy dopiero w grudniu 2017 r., Kiedy było wystarczająco ciepło, aby samoloty mogły wleciać i wysiadać, powiedziała Marrone.
Dodał, że korelacja i kalibracja danych również była trudna. Zespół bardzo uważnie wykonał tę pracę, biorąc pod uwagę doniosły charakter znaleziska.
„Jeśli masz zamiar przedstawić obraz czarnej dziury, musisz mieć duży dowód, bardzo mocny dowód”, powiedział Doeleman na wydarzeniu SXSW (które służyło jako wyjaśnienie wysiłku EHT, ale nie ogłosiło wszelkie wyniki).
„W naszym projekcie często myślimy, że ludzie tacy jak [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [i Karl] Schwarzschild spoglądają ponad naszymi ramionami” - dodał, odnosząc się do fizyków, którzy pomogli w pionierskim zrozumieniu czarnych dziur. „A kiedy masz oprawy do wirtualnego sprawdzania swojej pracy, naprawdę chcesz to zrobić dobrze”.
Co to wszystko znaczy
Psaltis powiedział, że projekt EHT ma dwa główne cele: po raz pierwszy zobrazować horyzont zdarzeń i pomóc ustalić, czy teoria ogólnej teorii względności Einsteina wymaga rewizji.
Zanim pojawił się Einstein, grawitacja była powszechnie uważana za tajemniczą siłę na odległość. Ale ogólna teoria względności opisuje to jako wypaczanie czasoprzestrzeni: masywne obiekty, takie jak planety, gwiazdy i czarne dziury, tworzą rodzaj ugięcia w czasoprzestrzeni, podobnie jak kula do kręgli, gdyby została umieszczona na trampolinie. Pobliskie obiekty podążają tą krzywą i kierują się w stronę centralnej masy.
Ogólna teoria względności utrzymywała się niewiarygodnie dobrze przez stulecie od jej wprowadzenia, przechodząc każdy test, który naukowcy na nią rzucili. Ale obserwacje EHT stanowią kolejną próbę, w ekstremalnej dziedzinie, w której prognozy mogą nie pasować do rzeczywistości. Wynika to z faktu, że astronomowie mogą obliczyć oczekiwany rozmiar i kształt horyzontu zdarzeń przy użyciu ogólnej teorii względności, wyjaśnił Psaltis.
Jeśli zaobserwowana sylwetka odpowiada symulacjom opartym na teorii, „Einstein miał 100% racji”, powiedział Psaltis. „Jeśli odpowiedź brzmi„ nie ”, musimy zmodyfikować jego teorię, aby działała z eksperymentami. Tak właśnie wygląda nauka.”
Dowiedzieliśmy się dzisiaj, że nie są potrzebne żadne poprawki, przynajmniej w tej chwili: obserwacje EHT M87 są zgodne z ogólną teorią względności, twierdzili członkowie zespołu. Mianowicie, horyzont zdarzeń jest prawie okrągły i ma „właściwy” rozmiar dla czarnej dziury o tej ogromnej masie.
„Muszę przyznać, że byłem trochę zaskoczony, że tak ściśle pasowało do naszych prognoz,” powiedziała członek zespołu EHT Avery Broderick z University of Waterloo i Perimeter Institute for Theoretical Physics w Kanadzie podczas dzisiejszej konferencji prasowej .
Takie gruntowanie jest oczywiście niezbędne dla procesu naukowego. Rzeczywiście, dostarczenie lepszych informacji w celu uwzględnienia teorii i symulacji będzie prawdopodobnie jednym z największych wkładów EHT, powiedział Loeb.
„Uprawianie fizyki to dialog z naturą” - powiedział. „Testujemy nasze pomysły, porównując je z eksperymentami; dane eksperymentalne są kluczowe”.
Nowe wyniki powinny również pomóc naukowcom lepiej poradzić sobie z czarnymi dziurami, powiedział on i inni badacze. Na przykład zdjęcia EHT najprawdopodobniej rzucą znaczące światło na to, jak gaz schodzi spiralnie do paszczy czarnej dziury. Loeb powiedział, że ten proces akrecji, który może prowadzić do generowania potężnych strumieni promieniowania, jest słabo poznany.
Ponadto kształt horyzontu zdarzeń może ujawnić, czy czarna dziura wiruje, powiedziała Fiona Harrison z California Institute of Technology, główny badacz badań nad czarnymi dziurami NASA Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR) misja.
„Pośrednio odkryliśmy spin czarnych dziur”, powiedział Harrison, który nie należy do zespołu EHT, powiedział Space.com. Dodała, że zdjęcia EHT stanowią „bezpośredni test, który jest bardzo ekscytujący”.
Dane EHT ujawniły, że czarna dziura M87 wiruje zgodnie z ruchem wskazówek zegara, powiedzieli dziś członkowie zespołu.
Projekt powinien również pokazać, w jaki sposób materia rozkłada się wokół czarnej dziury, a obserwacje EHT mogą ostatecznie nauczyć astronomów wiele o tym, jak supermasywne czarne dziury kształtują ewolucję ich galaktyk macierzystych w długich skalach czasowych, powiedział Harrison.
Wyniki EHT również dobrze łączą się z wynikami Laserowy interferometr Obserwatorium fal grawitacyjnych (LIGO), który wykrył zmarszczki czasoprzestrzenne generowane przez fuzje z udziałem czarnych dziur zaledwie kilkadziesiąt razy masywniejsze niż słońce.
„Pomimo różnic w masie rzędu miliarda, wszystkie znane czarne dziury są zgodne z jednym opisem”, powiedział dziś Broderick. „Czarne dziury, duże i małe, są analogiczne na ważne sposoby. To, czego uczymy się z jednego [typu], koniecznie dotyczy drugiego”.
A jeśli zastanawiasz się nad Sagittarius A *: Zespół EHT ma nadzieję wkrótce uzyskać zdjęcia tej supermasywnej czarnej dziury, powiedział dziś Doeleman. Wyjaśnił, że naukowcy najpierw spojrzeli na M87 i jest on nieco łatwiejszy do rozwiązania niż Strzelec A *, ponieważ jest mniej zmienny w krótkich skalach czasowych.
Nowa perspektywa?
Potem pojawia się szerszy urok nowo wydanych zdjęć - jak to mówi do tych z nas, którzy nie są astrofizykami.
Udział w tej arenie może być znaczący, twierdzą członkowie zespołu EHT i naukowcy z zewnątrz. Zdjęcia mogą zmienić sposób, w jaki myślimy o sobie i naszym miejscu we wszechświecie, zauważył Marrone, powołując się na słynne zdjęcie „Earthrise” wykonane przez astronautę Apollo 8 Billa Andersa w grudniu 1968 r. To zdjęcie, które pokazało masom naszą planetę jako tak naprawdę jest - samotną placówką życia w nieskończonym morzu ciemności - powszechnie uważa się, że pomaga pobudzić ruch środowiskowy.
Oglądanie prawdziwej czarnej dziury - a przynajmniej jej sylwetki - „to fantastyka naukowa” - powiedział Harrison. I widzieliśmy tylko kilka pierwszych zdjęć projektu, dodała: „Będą tylko lepsze”.
- Astronomowie po raz pierwszy zaglądają do czarnej dziury za pomocą Event Horizon Telescope
- Ta ogromna czarna dziura wiruje z połową prędkości światła!
- 8 Zaskakujące tajemnice astronomiczne
Książka Mike'a Walla o poszukiwaniu życia obcego ”Tam„(Grand Central Publishing, 2018; ilustrowany przez Karl Tate), jest już dostępny. Śledź go na Twitterze @michaeldwall. Śledź nas na Twitterze @Spacedotcom lub Facebook.
