Największy obiekt na naszym nocnym niebie - jak dotąd! - jest dla nas niewidoczny. Obiektem jest Super-Masywna Czarna Dziura (SMBH) w centrum naszej galaktyki Drogi Mlecznej, zwana Strzelcem A. Ale wkrótce możemy mieć obraz horyzontu zdarzeń Strzelca A. Ten obraz może stanowić wyzwanie dla teorii ogólnej teorii względności Einsteina.
Nikt nigdy nie widział horyzontu zdarzeń czarnej dziury. Intensywne przyciąganie grawitacyjne zapobiega ucieczce czegokolwiek, nawet światła. Horyzont zdarzeń jest punktem bez powrotu. Bez względu na to, żadne światło i żadna informacja nie mogą uciec. Ale możemy być blisko uzyskania obrazu horyzontu zdarzeń Strzelca A, dzięki teleskopowi Event Horizon Telescope (EHT).
EHT to międzynarodowa współpraca mająca na celu zbadanie bezpośredniego otoczenia czarnej dziury. To nie jest jeden teleskop, ale raczej połączony system radioteleskopów na całym świecie, wszystkie współpracujące ze sobą za pomocą interferometrii. Mierząc energię elektromagnetyczną z regionu otaczającego czarną dziurę za pomocą wielu anten radiowych w wielu lokalizacjach, można wyprowadzić niektóre właściwości źródła.
Naukowcy z EHT mają nadzieję, że ich obserwacje ostatecznie dostarczą obrazów intensywnych efektów grawitacyjnych, które spodziewamy się zobaczyć w pobliżu czarnej dziury. Liczą także na wykrycie części dynamiki w pobliżu dziury, gdy orbitująca materia na dysku akrecyjnym osiąga prędkość relatywistyczną.
W ramach projektu EHT zebrano dane dotyczące Strzelca A i jednej innej czarnej dziury o nazwie M87 w centrum galaktyki Panny A w okresie czterech lat. Te cztery lata zakończyły się w kwietniu 2017 r., Ale zespół 200 naukowców i inżynierów wciąż analizuje dane. W międzyczasie zespół opublikował obrazy modeli komputerowych tego, co mają nadzieję zobaczyć.
Obraz może wydawać się mało, ale jest znaczący. Jest to odpowiednik czytania nagłówka gazety na Księżycu podczas stania na Ziemi. Obraz może pomóc nam odpowiedzieć na niektóre mylące pytania dotyczące czarnych dziur:
- Jaką rolę odgrywały czarne dziury w tworzeniu galaktyk?
- Jak wyglądają światło i materia, gdy spadają w kierunku czarnej dziury?
- Z czego wykonane są strumienie energii strzelające z czarnych dziur?
Istnieje również szansa, że obraz EHT Strzelca A będzie oznaczać, że Teoria ogólnej teorii względności Einsteina będzie musiała zostać zaktualizowana. (Chociaż zazwyczaj złym pomysłem jest obstawianie przeciwko Einsteinowi).
Czarne dziury i horyzont zdarzeń
Czarne dziury to w zasadzie zwłoki gwiazdy. Kiedy bardzo masywna gwiazda przepala całe swoje paliwo, zapada się w niezwykle gęsty punkt lub osobliwość. Czarna dziura ma niewiarygodnie silne przyciąganie grawitacyjne, które przyciąga do niej gaz i pył. Raz na około 10 000 lat Strzelec A zużywa nawet gwiazdę.
Horyzont zdarzeń jest jak skorupa wokół czarnej dziury. Gdy jakakolwiek materia - a nawet światło - osiągnie horyzont zdarzeń, gra się kończy. Czarna dziura powiększa się wraz ze zużyciem materii, a horyzont zdarzeń się rozszerza.
Strzelec A, nasz własny super-masywny czarny otwór (SMBH), jest ogromny. Ma masę 4 miliony razy większą niż Słońce. Ale mimo to nie jest tak duży w porównaniu do innych SMBH. Druga SMBH w projekcie EHT jest znacznie większa, z masą 7 miliardów razy większą niż Słońce.
EHT wytworzy obraz horyzontu zdarzeń, badając obszar wokół czarnej dziury. Coś się dzieje z materiałem, gdy wpada do czarnej dziury. Tworzy dysk akrecyjny wirującego gazu i pyłu, który ma zasadniczo charakter podtrzymujący, dopóki nie zostanie wciągnięty do otworu. Materiał ten przyspiesza do prędkości relatywistycznych, co oznacza bliskość prędkości światła. Kiedy tak się dzieje, materiał jest przegrzany i emituje energię.
Ale czarna dziura jest tak potężna grawitacyjnie, że wygina to światło w zjawisku zwanym soczewkowaniem grawitacyjnym. To soczewkowanie tworzy ciemny obszar, który nazywa się cieniem czarnej dziury. Zgodnie z teorią horyzont zdarzeń powinien być około 2,5 razy większy niż cień. Kiedy naukowcy mają już obraz cienia, znają rozmiar horyzontu zdarzeń. Rozmiar horyzontu zdarzenia jest proporcjonalny do masy czarnej dziury. Zatem w przypadku Strzelca A średnica powinna wynosić około 24 milionów km (15 milionów mil).
Więc nie będzie żadnych zdjęć samej czarnej dziury, ale będą zdjęcia cienia rzucanego przez czarną dziurę. Naukowo to duży skok w naszym rozumieniu czarnych dziur. A w przypadku jakichkolwiek wątpliwości co do istnienia czarnych dziur, obraz cienia dostarczy solidnych dowodów na to, że czarne dziury rzeczywiście istnieją.
EHT i dysze
Pomimo ogromnego rozmiaru Strzelca A, na niebie jest niewielki. Jest o wiele za mały, aby zobaczyć pojedynczy teleskop. Właśnie dlatego wdrożono EHT. Łączy 7 oddzielnych radioteleskopów na całym świecie w jeden duży wirtualny teleskop przy użyciu techniki o nazwie Very Long Baseline Interferometry (VLBI), czegoś, co znają miłośnicy astronomii. Wirtualny teleskop ma znacznie większą moc rozdzielczą niż pojedynczy celownik i pozwolił astronomom badać obszar w pobliżu Sgr. ZA.
Podczas tygodniowego okresu w kwietniu 2017 r. Zespół EHT wskazał wszystkie siedem zakresów na Sgr A, a siedem zegarów atomowych rejestrowało czas nadejścia sygnałów do każdego teleskopu. Studiując i łącząc sygnały, naukowcy mogą stworzyć obraz Sgr A. Jest to czasochłonny proces, który trwa.
Energiczne strumienie wypływające z okolic czarnej dziury są szczególnie interesujące dla badaczy. Materia wirująca wokół dysku akrecyjnego czarnej dziury nagrzewa się do miliardów stopni. Niektóre z nich wchodzą do czarnej dziury, ale nie wszystkie.
Strumienie energii są częścią, która ucieka z dysku akrecyjnego. Podróżują z prędkością bliską prędkości światła przez dziesiątki tysięcy lat świetlnych. Naukowcy chcą wiedzieć o nich więcej.
Jeśli chodzi o Sgr. Odp .: Nie wiemy, czy są odrzutowce. Nie był bardzo aktywny w ciągu ostatnich kilku dekad, więc może nie być odrzutowców. Ale jeśli tam są, EHT odbierze tam sygnały radiowe. Następnie możemy uzyskać odpowiedzi na podstawowe pytania dotyczące dżetów:
- Jak się zaczynają?
- Jak przyspieszają do prędkości relatywistycznych?
- Jak pozostają mocno skoncentrowani?
- Z czego dokładnie są wykonane?
Czy ogólna teoria względności Einsteina ma kłopoty?
Prawdopodobnie nie. Ale jest szansa.
Większość naszego Układu Słonecznego to dość prozaiczne, codzienne miejsce pracy. I stąd pochodzi większość naszych dowodów obserwacyjnych wspierających ogólną teorię względności. Ale region otaczający czarną dziurę nie jest normalnym sąsiedztwem.
Warunki są ekstremalne. Intensywna grawitacja, przegrzane strumienie materiału poruszające się z prędkością bliską prędkości światła i horyzont zdarzeń. Ale w odniesieniu do ogólnej teorii względności chodzi głównie o grawitację i światło.
Ogólna teoria względności przewiduje, że grawitacja czarnej dziury zakrzywi czasoprzestrzeń i przyciągnie do niej wszystko, w tym światło. Dane zebrane przez EHT zapewnią pomiary tego zjawiska, które można porównać z przewidywaniami Einsteina. Jeśli dane pasują do prognoz, Einstein wygrywa ponownie.
Ogólna teoria względności czyni inną prognozę: cień rzucany przez dysk akrecyjny powinien być okrągły. Jeśli nie jest okrągły i jest bardziej jajowaty, wówczas formuły z ogólnej teorii względności nie są całkowicie dokładne.
John Wardle jest astronomem, który od dziesięcioleci bada czarne dziury, kiedy były jeszcze konstrukcją teoretyczną. Jest mocno zaangażowany w projekt EHT. Wardle uważa, że ogólna teoria względności przetrwa ten test i że Einstein wygra ponownie. Ale jeśli ogólna teoria względności nie przejdzie tego testu, znajdziemy się w bardzo trudnej i dziwnej sytuacji.
„W takim razie będziemy w surowej, prostej kurtce, ponieważ nie można wprowadzać zmian, które mogłyby popsuć wszystkie inne działające elementy” - powiedział Wardle. „To byłoby bardzo ekscytujące.”
- Komunikat prasowy Uniwersytetu Brandeis: „Jak wygląda czarna dziura?”
- Event Horizon Telescope
- Wpis w Wikipedii: interferometria
- Wpis w Wikipedii: Event Horizon
