Zaktualizowano 11 kwietnia o 16:40. ET.
Wczoraj Ziemianie po raz pierwszy ujrzeli rzeczywisty obraz czarnej dziury - zmieniając to, co żyło tylko w naszej zbiorowej wyobraźni, w konkretną rzeczywistość.
Obraz przedstawia krzywy pierścień o pomarańczowym odcieniu, krążący wokół ciemnego cienia czarnej dziury, która pochłania materię oddaloną o 55 milionów lat świetlnych w centrum galaktyki znanej jako Virgo A (Messier 87).
To rozmyte pierwsze spojrzenie wystarczy, aby potwierdzić, że teoria względności Einsteina działa nawet na granicy tej gigantycznej otchłani - skrajnego miejsca, w którym niektórzy sądzili, że jego równania się załamią. Ale ten nieuchwytny obraz rodzi wiele pytań. Oto niektóre z odpowiedzi na twoje pytania.
Co to jest czarna dziura?
Czarne dziury to niezwykle gęste obiekty, z których nic, nawet światło, nie może uciec. Gdy jedzą pobliską materię, stają się coraz większe. Czarne dziury zwykle powstają, gdy duża gwiazda umiera i zapada się na siebie.
Uważa się, że supermasywne czarne dziury, które są miliony lub miliardy razy masywniejsze niż słońce, leżą w centrum niemal każdej galaktyki, w tym naszej własnej. Nasz nazywa się Strzelec A *.
Dlaczego nie widzieliśmy wcześniej obrazu czarnej dziury?
Czarne dziury, nawet te supermasywne, nie są aż tak duże. Na przykład zrobienie zdjęcia czarnej dziury w centrum naszej Drogi Mlecznej, która ma być około 4 milionów razy masywniejsza niż słońce, przypomina fotografowanie DVD na powierzchni Księżyca, Dimitriosa Psaltis, astrofizyk z University of Arizona, powiedział Voxowi. Jak napisali, czarne dziury są zwykle osłonięte materiałem, który może zaciemniać światło otaczające czarną dziurę.
Skąd wiedzieliśmy, że przed tym obrazem istnieją czarne dziury?
Teoria względności Einsteina najpierw przewidywała, że kiedy masywna gwiazda umarła, pozostawiła gęsty rdzeń. Jeśli rdzeń ten był ponad trzy razy masywniejszy niż Słońce, jego równania wykazały, że siła grawitacji wytworzyła czarną dziurę, według NASA.
Ale do wczoraj (10 kwietnia) naukowcy nie mogli fotografować ani bezpośrednio obserwować czarnych dziur. Opierali się raczej na pośrednich dowodach - zachowaniu lub sygnałach pochodzących z innych pobliskich obiektów. Na przykład czarna dziura pożera gwiazdy, które skręcają zbyt blisko niej. Proces ten ogrzewa gwiazdy, powodując, że emitują one sygnały rentgenowskie wykrywalne przez teleskopy. Czasami czarne dziury wypluwają również gigantyczne wybuchy naładowanych cząstek, które znów są wykrywalne przez nasze instrumenty.
Czasami naukowcy badają także ruch obiektów - jeśli wydaje się, że są dziwnie wyciągane, przyczyną może być czarna dziura.
Co widzimy na obrazie?
Same czarne dziury emitują zbyt mało promieniowania, aby można je było wykryć, ale zgodnie z przewidywaniami Einsteina widać zarys czarnej dziury i horyzont zdarzeń - granicę, za którą światło nie może uciec.
Okazuje się, to prawda. Ciemny okrąg pośrodku jest „cieniem” czarnej dziury, która jest ujawniana przez świecący gaz, który znajduje się na horyzoncie zdarzeń wokół niego. (Ekstremalne przyciąganie grawitacyjne czarnej dziury przegrzewa gaz, powodując jego emisję promieniowania lub „świecenie”). Ale gaz na horyzoncie zdarzeń nie jest tak naprawdę pomarańczowy - raczej astronomowie zaangażowani w projekt postanowili pokolorować pomarańczowe sygnały fal radiowych, aby pokazać, jak jasne są emisje.
Żółte tony reprezentują najbardziej intensywne emisje, podczas gdy czerwony oznacza mniejszą intensywność, a czarny oznacza niewielką lub żadną emisję. W widmie widzialnym kolor emisji byłby prawdopodobnie widoczny gołym okiem jako biały, być może lekko zabarwiony na niebiesko lub czerwono.
Możesz przeczytać więcej w tym artykule na żywo.
Dlaczego obraz jest rozmazany?
Dzięki obecnej technologii jest to najwyższa możliwa rozdzielczość. Rozdzielczość teleskopu Horizon zdarzeń wynosi około 20 mikrosekund. (Jedna mikrosekunda jest wielkością kropki na końcu zdania, jeśli patrzysz na nią z Ziemi, a okres ten znajduje się w ulotce pozostawionej na Księżycu, zgodnie z Journal of Amateur Astronomers Association of New York.)
Jeśli zrobisz zwykłe zdjęcie zawierające miliony pikseli, wysadzisz je kilka tysięcy razy i wygładzisz, zobaczysz mniej więcej taką samą rozdzielczość, jak na zdjęciu z czarną dziurą, według Geoffrey'a Crew, wiceprzewodniczącego Event Horizon Telescope. Ale biorąc pod uwagę, że obrazują czarną dziurę w odległości 55 milionów lat świetlnych, jest to niesamowicie imponujące.
Dlaczego pierścień ma tak nieregularny kształt?
Naukowcy z misji jeszcze nie wiedzą. „Dobre pytanie, na które mamy nadzieję odpowiedzieć w przyszłości” - powiedział Crew. „W tej chwili pokazał nam to M87”.
Jak naukowcy uchwycili ten obraz?
Ponad 200 astronomów na całym świecie wykonało pomiary za pomocą ośmiu naziemnych radioteleskopów, znanych wspólnie jako Event Horizon Telescope (EHT). Teleskopy te zazwyczaj znajdują się w miejscach położonych na dużych wysokościach, takich jak wulkany na Hawajach i Meksyku, góry w Arizonie i hiszpańska Sierra Nevada, Pustynia Atacama i Antarktyda, zgodnie z oświadczeniem National Science Foundation.
W kwietniu 2017 r. Astronomowie zsynchronizowali wszystkie teleskopy, aby jednocześnie mierzyć fale radiowe emitowane z horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Synchronizacja teleskopów była podobna do stworzenia teleskopu wielkości Ziemi o imponującej rozdzielczości 20 mikrosekund - wystarczającej do przeczytania gazety w rękach New Yorkera aż do kawiarni w Paryżu, zgodnie z oświadczeniem. (Dla porównania, obrazowana przez nich czarna dziura ma średnicę około 42 mikrosekund).
Następnie wykonali wszystkie te surowe pomiary, przeanalizowali je i połączyli w obraz, który widzisz.
Dlaczego naukowcy mierzyli fale radiowe zamiast światła widzialnego, aby uchwycić obraz?
Mogliby uzyskać lepszą rozdzielczość za pomocą fal radiowych niż gdyby używali światła widzialnego. „Fale radiowe oferują obecnie najwyższą rozdzielczość kątową spośród wszystkich dostępnych obecnie technik”, powiedział Crew. Rozdzielczość kątowa odnosi się do tego, jak dobrze (najmniejszy kąt) teleskop może rozpoznać między dwoma oddzielnymi obiektami.
Czy to rzeczywiste zdjęcie?
Nie, nie w tradycyjnym sensie. „Trudno jest stworzyć obraz z falami radiowymi” - powiedział Crew. Naukowcy z misji zmierzyli fale radiowe emitowane z horyzontu zdarzeń czarnej dziury, a następnie przetworzyli te informacje za pomocą komputera, aby uzyskać obraz, który widzisz.
Czy ten obraz jeszcze raz potwierdza teorię względności Einsteina?
Tak. Teoria względności Einsteina przewidywała, że czarne dziury istnieją i że mają horyzonty zdarzeń. Równania przewidują również, że horyzont zdarzeń powinien być nieco okrągły, a rozmiar powinien być bezpośrednio związany z masą czarnej dziury.
I oto: nieco okrągły horyzont zdarzeń i wywnioskowana masa czarnej dziury odpowiada oszacowaniom tego, co powinno być oparte na ruchu gwiazd dalej od niej.
Możesz przeczytać więcej na Space.com.
Dlaczego nie zrobili zdjęcia czarnej dziury naszej galaktyki, zamiast wybrać jedną daleko?
M87 był pierwszym badaczem badającym czarną dziurę, więc najpierw przeanalizowali to, powiedział Shep Doeleman, dyrektor Teleskopu Horizon Eventu podczas konferencji prasowej. Dodał jednak, że łatwiej było go także sfotografować w porównaniu do Strzelca A *, który znajduje się w centrum naszej galaktyki. Jest tak, ponieważ jest tak daleko, że nie „porusza się” zbytnio podczas wieczornego wykonywania pomiarów. Strzelec A * jest znacznie bliżej, więc nie jest tak „ustalony” na niebie. W każdym razie „jesteśmy bardzo podekscytowani pracą nad Sag A *” - powiedział Doeleman. „Nic nie obiecujemy, ale mamy nadzieję, że wkrótce to osiągniemy”.
