Τον Απρίλιο του 2017, και οι 8 συστοιχίες τηλεσκοπίων / τηλεσκοπίων που σχετίζονται με το Τηλεσκόπιο Event Horizon επισήμαναν το Messier 87. Αυτό μοιάζει με μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, όπου ο ορίζοντας συμβάντος είναι ορατός. (ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΛΕΣΚΟΠ ΤΟΥ ΟΡΙΖΟΝΤΟΣ ET AL.)

10 βαθιά μαθήματα από την πρώτη μας εικόνα για το Horizon του Black Hole

Και τι απομένει να μάθουμε;

Η αρχική ιδέα μιας μαύρης τρύπας ξεκινά από το 1783, όταν ο επιστήμονας του Κέιμπριτζ John Michell αναγνώρισε ότι ένα αρκετά τεράστιο αντικείμενο σε ένα αρκετά μικρό όγκο χώρου θα καθιστούσε τα πάντα - ακόμη και το φως - ανίκανο να ξεφύγει από αυτό. Περισσότερο από έναν αιώνα αργότερα, ο Karl Schwarzschild ανακάλυψε μια ακριβή λύση στη γενική σχετικότητα του Αϊνστάιν που προέβλεπε το ίδιο αποτέλεσμα: μια μαύρη τρύπα.

Τόσο ο Michell όσο και ο Schwarzschild προέβλεπαν μια ρητή σχέση μεταξύ του ορίζοντα του γεγονότος, ή της ακτίνας της περιοχής από την οποία δεν μπορεί να διαφύγει το φως, και της μάζας της μαύρης τρύπας καθώς και της ταχύτητας του φωτός. Για 103 χρόνια μετά τον Schwarzschild, αυτή η πρόβλεψη δεν δοκιμάστηκε. Επιτέλους, στις 10 Απριλίου 2019, οι επιστήμονες αποκάλυψαν την πρώτη εικόνα του ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Η θεωρία του Αϊνστάιν κέρδισε ξανά, όπως και όλες οι επιστήμες.

Η δεύτερη μεγαλύτερη μαύρη τρύπα όπως φαίνεται από τη Γη, η οποία βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία M87, εμφανίζεται σε τρεις προβολές εδώ. Στην κορυφή είναι οπτική από το Χαμπλ, κάτω αριστερά είναι ραδιόφωνο από το NRAO, και στην κάτω δεξιά είναι η ακτινογραφία από το Chandra. Παρά τη μάζα των 6,6 δισεκατομμυρίων Ήλιων, είναι πάνω από 2000 φορές πιο μακριά από τον Τοξότη Α *. Το Τηλεσκόπιο Event Horizon επιχείρησε να δει τη μαύρη τρύπα του στο ραδιόφωνο, και αυτή είναι τώρα η θέση της πρώτης μαύρης τρύπας που αποκάλυψε τον ορίζοντα συμβάντος. (TOP, OPTICAL, HUBBLE SPACE TELESCOPE / NASA / WIKISKY; LOWER LEFT, RADIO, NRAO / VERY LARGE ARRAY (VLA); LOWER RIGHT, X-RAY, NASA / CHANDRA X-RAY TELESCOPE)

Παρόλο που γνωρίζαμε ήδη πολλά για τις μαύρες τρύπες πριν από την πρώτη άμεση εικόνα ενός ορίζοντα γεγονότων, αυτή η νέα κυκλοφορία πληροί τις προϋποθέσεις ως αλλαγή παιχνιδιού. Υπήρχαν πολλές ερωτήσεις που είχαμε πριν από αυτήν την ανακάλυψη και πολλές από αυτές έχουν πλέον απαντηθεί με επιτυχία.

Στις 10 Απριλίου 2019, η συνεργασία του Event Horizon Telescope κυκλοφόρησε την πρώτη επιτυχημένη εικόνα του ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Η εν λόγω μαύρη τρύπα προέρχεται από τον γαλαξία Messier 87: ο μεγαλύτερος και πιο ογκώδης γαλαξίας στον τοπικό υπερκαταναλωτή γαλαξιών μας. Η γωνιακή διάμετρος του ορίζοντα συμβάντων μετρήθηκε στα 42 μικρο-τόξα-δευτερόλεπτα, υπονοώντας ότι θα χρειαστούν 23 τετρα δισεκατομμύρια μαύρες τρύπες ισοδύναμου μεγέθους για να γεμίσει ολόκληρο τον ουρανό.

Ο τεράστιος φωτοστέφανος γύρω από τον τεράστιο ελλειπτικό γαλαξία Messier 87 εμφανίζεται σε αυτήν την πολύ βαθιά εικόνα. Η περίσσεια φωτός στο πάνω δεξιά μέρος αυτού του φωτοστέφανου και η κίνηση των πλανητικών νεφελωμάτων στον γαλαξία, είναι τα τελευταία εναπομείναντα σημάδια ενός μεσαίου μεγέθους γαλαξία που συγκρούστηκε πρόσφατα με τον Messier 87. (CHRIS MIHOS (CASE WESTERN RESERVE UNIVERSITY ) / ESO)

Σε απόσταση 55 εκατομμυρίων ετών φωτός, η συμπεραινόμενη μάζα για τη μαύρη τρύπα είναι 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο μας. Φυσικά, αυτό αντιστοιχεί σε μέγεθος μεγαλύτερο από αυτό της τροχιάς του Πλούτωνα γύρω από τον Ήλιο. Εάν δεν υπήρχε μαύρη τρύπα, θα χρειαζόταν φως περίπου μια μέρα για να διασχίσει τη διάμετρο του ορίζοντα του συμβάντος. Είναι μόνο επειδή:

  1. το Τηλεσκόπιο Event Horizon έχει επαρκή ανάλυση για να δει αυτήν τη μαύρη τρύπα,
  2. η μαύρη τρύπα είναι μια ισχυρή εκπομπή ραδιοκυμάτων,
  3. και υπάρχουν πολύ λίγες εκπομπές ραδιοφώνου προσκηνίου για να μολύνουν το σήμα,

ότι καταφέραμε να κατασκευάσουμε αυτήν την πρώτη εικόνα καθόλου. Τώρα που το έχουμε κάνει, εδώ είναι 10 βαθιά μαθήματα που είτε έχουμε μάθει είτε είναι καλά στο δρόμο μας για μάθηση.

1. Αυτό είναι πραγματικά μια μαύρη τρύπα, όπως προβλέπει η Γενική Σχετικότητα. Εάν έχετε δει ποτέ ένα άρθρο με τίτλο όπως, «ο θεωρητικός ισχυρίζεται ισχυρά ότι δεν υπάρχουν μαύρες τρύπες» ή «αυτή η νέα θεωρία της βαρύτητας θα μπορούσε να αντέξει τον Αϊνστάιν», πιθανότατα έχετε συγκεντρώσει ότι οι φυσικοί δεν έχουν κανένα πρόβλημα να ονειρευτούν εναλλακτικές θεωρίες στο mainstream. Παρόλο που η Γενική Σχετικότητα έχει περάσει κάθε δοκιμή που έχουμε κάνει, δεν υπάρχει έλλειψη επεκτάσεων, υποκατάστατων ή πιθανών αντικαταστάσεων.

Λοιπόν, αυτή η παρατήρηση αποκλείει πολλά. Γνωρίζουμε τώρα ότι πρόκειται για μια μαύρη τρύπα και όχι για μια σκουληκότρυπα, τουλάχιστον για την πιο κύρια κατηγορία μοντέλων σκουληκότρυπας. Γνωρίζουμε ότι υπάρχει ένας πραγματικός ορίζοντας γεγονότων και όχι μια γυμνή μοναδικότητα, τουλάχιστον για πολλές γενικές τάξεις γυμνών ιδιοτήτων. Γνωρίζουμε ότι ο ορίζοντας του γεγονότος δεν είναι μια σκληρή επιφάνεια, καθώς το υλικό εισβολής θα είχε δημιουργήσει μια υπέρυθρη υπογραφή. Αυτό είναι, στα όρια των παρατηρήσεων που έχουμε κάνει, σύμφωνα με τη Γενική Σχετικότητα.

Ωστόσο, η παρατήρηση δεν λέει τίποτα για τη σκοτεινή ύλη, τις περισσότερες τροποποιημένες θεωρίες βαρύτητας, την κβαντική βαρύτητα ή τι βρίσκεται πίσω από τον ορίζοντα του γεγονότος. Αυτές οι ιδέες δεν εμπίπτουν στο πεδίο των παρατηρήσεων του Event Horizon Telescope.

Πολλά αστέρια έχουν εντοπιστεί κοντά στην υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στον πυρήνα του Γαλαξία, ενώ το M87 προσφέρει την προοπτική παρατήρησης των χαρακτηριστικών απορρόφησης από τα κοντινά αστέρια. Αυτό σας επιτρέπει να συμπεράνετε μια μάζα για την κεντρική μαύρη τρύπα, βαρυτικά. Μπορείτε επίσης να κάνετε μετρήσεις του αερίου σε τροχιά γύρω από μια μαύρη τρύπα. Οι μετρήσεις αερίου είναι συστηματικά χαμηλότερες, ενώ οι βαρυτικές μετρήσεις είναι υψηλότερες. Τα αποτελέσματα του Τηλεσκοπίου Event Horizon συμφωνούν με τα βαρυτικά δεδομένα και όχι με τα δεδομένα με βάση το αέριο. (S. SAKAI / A. GHEZ / WM KECK OBSERVATORY / UCLA GALACTIC CENTER GROUP)

2. Η βαρυτική δυναμική των αστεριών δίνει καλές εκτιμήσεις για τις μάζες των μαύρων οπών. οι παρατηρήσεις του αερίου δεν. Πριν από την πρώτη εικόνα του Event Horizon Telescope, είχαμε διάφορους τρόπους μέτρησης των μαζών των μαύρων οπών. Θα μπορούσαμε είτε να χρησιμοποιήσουμε μετρήσεις αστεριών - όπως τις μεμονωμένες τροχιές των αστεριών γύρω από τη μαύρη τρύπα στον δικό μας γαλαξία ή τις γραμμές απορρόφησης των αστεριών στο M87 - που μας δίνουν μια βαρυτική μάζα ή εκπομπές από το αέριο που κινείται γύρω από το κεντρικό μαύρο τρύπα.

Και για τον γαλαξία μας και για το M87, αυτές οι δύο εκτιμήσεις ήταν πολύ διαφορετικές, με τις βαρυτικές εκτιμήσεις να είναι περίπου 50-90% μεγαλύτερες από τις εκτιμήσεις αερίου. Για το M87, οι μετρήσεις αερίου έδειξαν μάζα μαύρης τρύπας 3,5 δισεκατομμυρίων Suns, ενώ οι βαρυτικές μετρήσεις ήταν πιο κοντά στα 6,2-6,6 δισεκατομμύρια. Από τα αποτελέσματα του Τηλεσκοπίου Event Horizon, η μαύρη τρύπα ζυγίζει 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, λέγοντας ότι η δυναμική της βαρύτητας είναι καλός ιχνηλάτης των μαζών των μαύρων οπών, αλλά τα συμπεράσματα από το αέριο είναι προκατειλημμένα προς τις χαμηλότερες τιμές. Είναι μια μεγάλη ευκαιρία να επανεξετάσουμε τις υποθέσεις αστροφυσικής μας σχετικά με το αέριο που βρίσκεται σε τροχιά.

Βρίσκεται περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, ο γαλαξίας M87 περιέχει ένα τεράστιο σχετικιστικό τζετ, καθώς και εκροές που εμφανίζονται τόσο στο ραδιόφωνο όσο και στην ακτινογραφία. Αυτή η οπτική εικόνα παρουσιάζει ένα τζετ. τώρα γνωρίζουμε, από το Τηλεσκόπιο Event Horizon, ότι ο άξονας περιστροφής της μαύρης τρύπας δείχνει μακριά από τη Γη, με κλίση περίπου 17 μοίρες. (ESO)

3. Αυτό πρέπει να είναι μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα, και ο άξονας περιστροφής της συμβαίνει να δείχνει μακριά από τη Γη. Με τις παρατηρήσεις του ορίζοντα συμβάντων, τις εκπομπές ραδιοφώνου που τον περιβάλλουν, το αεριωθούμενο αεροπλάνο μεγάλης κλίμακας και τις εκτεταμένες εκπομπές ραδιοεπικοινωνιών που είχαν μετρηθεί προηγουμένως από άλλα παρατηρητήρια, η Συνεργασία Τηλεσκοπίου Event Horizon έκρινε ότι αυτό πρέπει να είναι Kerr (περιστρεφόμενο) και όχι μια μαύρη τρύπα Schwarzschild (χωρίς περιστροφή).

Δεν υπάρχει κανένα απλό χαρακτηριστικό που μπορούμε να δούμε για να πειράξουμε αυτήν τη φύση. Αντίθετα, πρέπει να κατασκευάσουμε εκθαμβωτικά μοντέλα της ίδιας της μαύρης τρύπας και της ύλης έξω από αυτήν, και στη συνέχεια να τα εξελίσσουμε για να δούμε τι συμβαίνει. Όταν εξετάζετε τα διάφορα σήματα που θα μπορούσαν να εμφανιστούν, αποκτάτε τη δυνατότητα να περιορίσετε ό, τι είναι πιθανώς συνεπές με τα αποτελέσματά σας. Η μαύρη τρύπα πρέπει να περιστρέφεται και ο άξονας περιστροφής δείχνει μακριά από τη Γη σε περίπου 17 μοίρες.

Έννοια τέχνης ενός δακτυλίου αύξησης και εκτόξευσης γύρω από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Αν και αυτή ήταν η εικόνα μας για το πώς οι μηχανές μαύρης τρύπας έπρεπε να λειτουργούν για μεγάλο χρονικό διάστημα, το Τηλεσκόπιο Event Horizon παρείχε νέα στοιχεία που το επιβεβαιώνουν. (NASA / JPL-CALTECH)

4. Καταφέραμε να προσδιορίσουμε οριστικά ότι υπάρχει ύλη, σύμφωνη με τους δίσκους και τις ροές, γύρω από τη μαύρη τρύπα. Γνωρίζαμε ήδη ότι το M87 είχε ένα πίδακα από τις οπτικές παρατηρήσεις και ότι εκπέμπει επίσης ραδιοκύματα και ακτίνες Χ. Δεν μπορείτε να πάρετε αυτό το είδος ακτινοβολίας μόνο από αστέρια ή φωτόνια. χρειάζεστε ύλη και ειδικά ηλεκτρόνια. Μόνο με την επιτάχυνση των ηλεκτρονίων σε ένα μαγνητικό πεδίο μπορείτε να πάρετε τη χαρακτηριστική εκπομπή ραδιοφώνου που έχουμε δει: ακτινοβολία συγχρονών.

Αυτό, επίσης, χρειάστηκε ένα καταπληκτικό έργο προσομοίωσης. Διπλώνοντας τις διάφορες παραμέτρους όλων των πιθανών μοντέλων, μαθαίνετε ότι όχι μόνο αυτές οι παρατηρήσεις απαιτούν ροές αύξησης για να εξηγήσουν τα ραδιοφωνικά αποτελέσματα, αλλά προβλέπουν απαραίτητα μη ραδιοφωνικά αποτελέσματα, όπως εκπομπές ακτίνων Χ. Δεν είναι μόνο το Τηλεσκόπιο Event Horizon που έκανε βασικές παρατηρήσεις για αυτό, αλλά και άλλα παρατηρητήρια, όπως το τηλεσκόπιο ακτίνων Χ Chandra. Οι ροές αύξησης πρέπει να ζεσταθούν, όπως υποδεικνύεται από το φάσμα των κεντρικών εκπομπών του M87, σύμφωνα με σχετικιστικά, επιταχυνόμενα ηλεκτρόνια σε μαγνητικό πεδίο.

Η εντύπωση του καλλιτέχνη απεικονίζει τα μονοπάτια των φωτονίων κοντά σε μια μαύρη τρύπα. Η βαρυτική κάμψη και σύλληψη του φωτός από τον ορίζοντα συμβάντων είναι η αιτία της σκιάς που συλλαμβάνεται από το Τηλεσκόπιο Event Horizon. Τα φωτόνια που δεν συλλαμβάνονται δημιουργούν μια χαρακτηριστική σφαίρα και αυτό μας βοηθά να επιβεβαιώσουμε την εγκυρότητα της Γενικής Σχετικότητας σε αυτό το πρόσφατα δοκιμασμένο καθεστώς. (NICOLLE R. FULLER / NSF)

5. Ο ορατός δακτύλιος δείχνει την αντοχή του βαρύτητας και του βαρυτικού φακού γύρω από την κεντρική μαύρη τρύπα. πάλι, η Γενική Σχετικότητα περνάει το τεστ. Αυτός ο δακτύλιος ραδιοφώνου δεν αντιστοιχεί στον ίδιο τον ορίζοντα συμβάντων, ούτε αντιστοιχεί ούτε σε έναν δακτύλιο σωματιδίων σε τροχιά. Δεν είναι ούτε η πιο σταθερή κυκλική τροχιά (ISCO) της μαύρης τρύπας. Αντ 'αυτού, αυτός ο δακτύλιος προκύπτει από μια σφαίρα βαρυτικών φακών φωτόνων, τα οποία κάμπτονται από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας πριν ταξιδέψουν στα μάτια μας.

Το φως κάμπτεται σε μια μεγαλύτερη σφαίρα από ό, τι θα περίμενε κανείς εάν η βαρύτητα δεν ήταν τόσο δυνατή. Σύμφωνα με την πρώτη από τις έξι δημοσιεύσεις που κυκλοφόρησε από το Event Horizon Telescope Collaboration,

«Βρίσκουμε ότι> 50% της συνολικής ροής σε κλίμακες τόξου προέρχεται από τον ορίζοντα και ότι η εκπομπή καταστέλλεται δραματικά στο εσωτερικό αυτής της περιοχής με παράγοντα> 10, παρέχοντας άμεση απόδειξη της προβλεπόμενης σκιάς μιας μαύρης τρύπας.»

Η συμφωνία μεταξύ των προβλέψεων της Γενικής Σχετικότητας και αυτό που έχουμε δει εδώ είναι ένα άλλο αξιοσημείωτο φτερό στο καπάκι της μεγαλύτερης θεωρίας του Αϊνστάιν.

Οι τέσσερις διαφορετικές εικόνες από τέσσερις διαφορετικούς χρόνους δείχνουν ξεκάθαρα ότι δύο ζεύγη εικόνων διαφέρουν ελάχιστα σε ένα χρονικό κλίμακα μιας ημέρας, αλλά πολύ αφού περάσουν 3 ή 4 ημέρες. Λαμβάνοντας υπόψη το χρονοδιάγραμμα μεταβλητότητας του M87, αυτό είναι εξαιρετικά συνεπές με την εικόνα μας για το πώς θα πρέπει και πρέπει να εξελίσσονται οι μαύρες τρύπες. (ΣΥΝΕΡΓΑΣΙΑ ΤΗΛΕΣΚΟΠ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ ΕΚΔΗΛΩΣΗΣ)

6. Οι μαύρες τρύπες είναι δυναμικές οντότητες και η ακτινοβολία που εκπέμπεται από αυτές αλλάζει με την πάροδο του χρόνου. Με ανακατασκευασμένη μάζα 6,5 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών, χρειάζεται περίπου μια μέρα για να ταξιδέψει το φως στον ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Αυτό καθορίζει περίπου το χρονοδιάγραμμα πάνω στο οποίο αναμένουμε να δούμε τα χαρακτηριστικά να αλλάζουν και να κυμαίνονται στην ακτινοβολία που παρατηρείται από το Τηλεσκόπιο Event Horizon.

Ακόμη και με παρατηρήσεις που εκτείνονται σε λίγες μόνο ημέρες, επιβεβαιώσαμε ότι η δομή της εκπεμπόμενης ακτινοβολίας αλλάζει με την πάροδο του χρόνου, όπως προβλεπόταν. Τα δεδομένα του 2017 περιέχουν τέσσερις νύχτες παρατηρήσεων. Ακόμη και με μια ματιά σε αυτές τις τέσσερις εικόνες, μπορείτε να δείτε οπτικά πώς οι δύο πρώτες ημερομηνίες έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά και οι δύο τελευταίες ημερομηνίες έχουν παρόμοια χαρακτηριστικά, αλλά υπάρχουν οριστικές αλλαγές που είναι ορατές - και μεταβλητές - μεταξύ των πρώτων και αργών συνόλων εικόνων. Με άλλα λόγια, τα χαρακτηριστικά της ακτινοβολίας από τη μαύρη τρύπα του M87 αλλάζουν πραγματικά με την πάροδο του χρόνου.

Η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα του γαλαξία μας έχει δει μερικές απίστευτα φωτεινές φωτοβολίδες, αλλά καμία δεν ήταν τόσο φωτεινή ή μακροχρόνια όσο το XJ1500 + 0134. Λόγω γεγονότων όπως αυτό και πολλά άλλα, υπάρχει μεγάλη ποσότητα δεδομένων Chandra, για μια χρονική περίοδο 19 ετών, στο γαλαξιακό κέντρο. Το Τηλεσκόπιο Event Horizon θα μας επιτρέψει τελικά να διερευνήσουμε την προέλευσή τους. (NASA / CXC / STANFORD / I. ZHURAVLEVA ET AL.)

7. Το Τηλεσκόπιο Event Horizon θα αποκαλύψει στο μέλλον τη φυσική προέλευση των φωτοβολίδων της μαύρης τρύπας. Έχουμε δει, τόσο στην ακτινογραφία όσο και στο ραδιόφωνο, η μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία μας εκπέμπει παροδικές εκρήξεις ακτινοβολίας. Παρόλο που η πρώτη εικόνα που κυκλοφόρησε ήταν της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο M87, αυτή στον γαλαξία μας - ο Τοξότης Α * - θα είναι εξίσου μεγάλη, αλλά θα αλλάξει σε πολύ πιο γρήγορα χρονικά διαστήματα.

Αντί για 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, η μάζα του Τοξότη Α * είναι μόνο 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες: 0,06% τόσο μεγάλες. Αυτό σημαίνει, αντί να ποικίλλουμε σε ένα χρονικό διάστημα περίπου μιας ημέρας, εξετάζουμε τη μεταβλητότητα στο χρονοδιάγραμμα περίπου ενός λεπτού. Τα χαρακτηριστικά του θα εξελιχθούν γρήγορα και όταν εμφανιστεί μια αναλαμπή, θα πρέπει να είναι σε θέση να αποκαλύψει ποια είναι η φύση αυτών των φωτοβολίδων.

Πώς σχετίζονται οι φωτοβολίδες με τη θερμοκρασία και τη φωτεινότητα των ραδιοφωνικών χαρακτηριστικών που μπορούμε να δούμε; Υπάρχουν συμβάντα μαγνητικής επανασύνδεσης, παρόμοια με τις εκτοξεύσεις μάζας από τον ήλιο μας; Διασπάται κάτι στις ροές συσσώρευσης; Ο Τοξότης A * αναβοσβήνει καθημερινά, έτσι θα μπορούμε να παρακολουθούμε τα σήματα που σχετίζονται με αυτά τα συμβάντα. Εάν οι προσομοιώσεις και οι παρατηρήσεις μας είναι τόσο καλές όσο ήταν για το M87, και θα έπρεπε, θα είμαστε σε θέση να προσδιορίσουμε τι οδηγεί αυτά τα γεγονότα, και ίσως ακόμη και να μάθουμε τι πέφτει στη μαύρη τρύπα για να τα δημιουργήσουμε.

Η εντύπωση του καλλιτέχνη απεικονίζει το περιβάλλον μιας μαύρης τρύπας, που δείχνει έναν δίσκο αύξησης του υπερθέρμανσης πλάσματος και ένα σχετικιστικό τζετ. Δεν έχουμε ακόμη προσδιορίσει εάν οι μαύρες τρύπες έχουν το δικό τους μαγνητικό πεδίο, ανεξάρτητα από την ύλη έξω από αυτό. (NICOLLE R. FULLER / NSF)

8. Έρχονται δεδομένα πόλωσης και θα αποκαλύψουν εάν οι μαύρες τρύπες έχουν εγγενές μαγνητικό πεδίο. Ενώ όλοι απολαμβάνουμε σίγουρα την πρώτη εικόνα του ορίζοντα της μαύρης τρύπας, είναι σημαντικό να εκτιμήσουμε ότι μια εντελώς νέα εικόνα βρίσκεται στο δρόμο της: μια εικόνα που δείχνει την πόλωση του φωτός που προέρχεται από τη μαύρη τρύπα. Λόγω της ηλεκτρομαγνητικής φύσης του φωτός, η αλληλεπίδρασή του με ένα μαγνητικό πεδίο θα αποτυπώσει μια συγκεκριμένη υπογραφή πόλωσης σε αυτό, επιτρέποντάς μας να ανακατασκευάσουμε το μαγνητικό πεδίο μιας μαύρης τρύπας, καθώς και πώς αλλάζει αυτό το πεδίο με την πάροδο του χρόνου.

Γνωρίζουμε ότι το θέμα εκτός του ορίζοντα γεγονότος, δεδομένου ότι βασίζεται σε κινούμενα φορτισμένα σωματίδια (όπως ηλεκτρόνια), θα δημιουργήσει το δικό του μαγνητικό πεδίο. Τα μοντέλα δείχνουν ότι οι γραμμές πεδίου μπορούν είτε να παραμείνουν στις ροές συσσώρευσης, είτε να περάσουν από τον ορίζοντα συμβάντων, με αποτέλεσμα τη μαύρη τρύπα να αγκυροβολήσει. Υπάρχει μια σύνδεση μεταξύ αυτών των μαγνητικών πεδίων, της αύξησης και της αύξησης των μαύρων οπών και των πίδακες που εκπέμπουν. Χωρίς τα πεδία, δεν θα υπήρχε κανένας τρόπος για το θέμα κατά τη ροή της αύξησης να χάσει τη γωνιακή ορμή και να πέσει στον ορίζοντα του συμβάντος.

Τα δεδομένα πόλωσης, μέσω της δύναμης της πολυμετρικής απεικόνισης, θα μας το πουν αυτό. Έχουμε ήδη τα δεδομένα. πρέπει απλώς να πραγματοποιήσουμε την πλήρη ανάλυση.

Στα κέντρα των γαλαξιών, υπάρχουν αστέρια, αέριο, σκόνη και (όπως γνωρίζουμε τώρα) μαύρες τρύπες, όλες οι τροχιές και αλληλεπιδρούν με την κεντρική υπερμεγέθη παρουσία στον γαλαξία. Οι μάζες εδώ δεν ανταποκρίνονται μόνο στον καμπύλο χώρο, αλλά και στον ίδιο τον καμπύλο χώρο. Αυτό θα αναγκάσει τις κεντρικές μαύρες τρύπες να βιώσουν ένα jitter, το οποίο μελλοντικές αναβαθμίσεις στο τηλεσκόπιο Event Horizon μπορεί να μας επιτρέψουν να δούμε. (ESO / MPE / MARC SCHARTMANN)

9. Οι βελτιώσεις οργάνων στο Τηλεσκόπιο Event Horizon θα αποκαλύψουν την παρουσία επιπλέον μαύρων τρυπών κοντά σε γαλαξιακά κέντρα. Όταν ένας πλανήτης περιστρέφεται γύρω από τον Ήλιο, δεν είναι μόνο επειδή ο Ήλιος ασκεί βαρυτική έλξη στον πλανήτη. Αντ 'αυτού, υπάρχει μια ίση και αντίθετη αντίδραση: ο πλανήτης τραβά πίσω στον Ήλιο. Ομοίως, όταν ένα αντικείμενο περιστρέφεται γύρω από μια μαύρη τρύπα, ασκεί επίσης μια βαρυτική έλξη στην ίδια τη μαύρη τρύπα. Με μια ολόκληρη μάζα κοντά στα κέντρα των γαλαξιών - και, θεωρητικά, υπάρχουν και πολλές μικρές, αόρατες μαύρες τρύπες - η κεντρική μαύρη τρύπα θα πρέπει να βιώσει ένα τρεμόπαιγμα που μοιάζει με κίνηση στη θέση του.

Η δυσκολία στην πραγματοποίηση αυτής της μέτρησης, σήμερα, είναι ότι χρειάζεστε ένα σημείο αναφοράς για να βαθμονομήσετε τη θέση σας σε σχέση με την τοποθεσία της μαύρης τρύπας. Η τεχνική για τη μέτρηση αυτού θα περιλαμβάνει την εξέταση του βαθμονομητή σας, στη συνέχεια της πηγής σας, στη συνέχεια του βαθμονομητή σας, στη συνέχεια της πηγής σας, κ.λπ. Δυστυχώς, η ατμόσφαιρα αλλάζει τόσο γρήγορα, σε χρονικά διαστήματα μεταξύ 1 και 10 δευτερολέπτων, που δεν έχετε χρόνο να κοιτάξετε μακριά και στη συνέχεια να επιστρέψετε στον στόχο σας. Δεν μπορεί να γίνει με τη σημερινή τεχνολογία.

Αλλά αυτό είναι ένα πεδίο όπου η τεχνολογία βελτιώνεται απίστευτα γρήγορα. Τα όργανα που χρησιμοποιούνται από τη συνεργασία του Event Horizon Telescope προβλέπουν αναβαθμίσεις και μπορεί να επιτύχουν την απαραίτητη ταχύτητα μέχρι τα μέσα της δεκαετίας του 2020. Αυτό το παζλ μπορεί να λυθεί μέχρι το τέλος της επόμενης δεκαετίας, όλα λόγω βελτιώσεων στην οργάνωση.

Ένας χάρτης της έκθεσης των 7 εκατομμυρίων δευτερολέπτων του Chandra Deep Field-South. Αυτή η περιοχή δείχνει εκατοντάδες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, καθεμία σε έναν γαλαξία πολύ πέρα ​​από τη δική μας. Το πεδίο GOODS-South, ένα έργο Hubble, επιλέχθηκε να επικεντρωθεί σε αυτήν την αρχική εικόνα. Ένα αναβαθμισμένο τηλεσκόπιο Event Horizon μπορεί να μπορεί να δει εκατοντάδες μαύρες τρύπες επίσης. (NASA / CXC / B. LUO ET AL., 2017, APJS, 228, 2)

10. Τέλος, το Τηλεσκόπιο Event Horizon μπορεί τελικά να δει εκατοντάδες μαύρες τρύπες. Για να επιλύσετε μια μαύρη τρύπα, χρειάζεστε την ικανότητα επίλυσης της συστοιχίας τηλεσκοπίων σας να είναι καλύτερη (δηλαδή, να έχετε υψηλότερη ανάλυση) από το μέγεθος του αντικειμένου που κοιτάτε. Για το τρέχον τηλεσκόπιο Event Horizon, μόνο τρεις γνωστές μαύρες τρύπες στο Σύμπαν έχουν αρκετά μεγάλη διάμετρο: Ο Τοξότης A *, το κέντρο του M87 και το κέντρο του (ραδιο-ήσυχου) γαλαξία NGC 1277.

Αλλά θα μπορούσαμε να αυξήσουμε τη δύναμη του Τηλεσκοπίου Event Horizon πέρα ​​από το μέγεθος της Γης, εκτοξεύοντας τηλεσκόπια σε τροχιά. Θεωρητικά, αυτό είναι ήδη τεχνολογικά εφικτό. Στην πραγματικότητα, η ρωσική αποστολή Spekt-R (ή RadioAstron) το κάνει τώρα! Μια σειρά διαστημικών σκαφών με ραδιοτηλεσκόπια σε τροχιά γύρω από τη Γη θα επέτρεπε πολύ ανώτερη ανάλυση από αυτό που έχουμε σήμερα. Εάν αυξήσαμε τη βασική μας τιμή κατά 10 ή 100, η ​​ανάλυσή μας θα αυξηθεί κατά το ίδιο ποσό. Και, ομοίως, καθώς αυξάνουμε τη συχνότητα των παρατηρήσεών μας, αυξάνουμε επίσης την ανάλυσή μας, όπως περισσότερα μήκη κύματος φωτός υψηλότερης συχνότητας μπορούν να χωρέσουν στο τηλεσκόπιο της ίδιας διαμέτρου.

Με αυτές τις βελτιώσεις, αντί για μόλις 2 ή 3 γαλαξίες, θα μπορούσαμε να αποκαλύψουμε μαύρες τρύπες σε εκατοντάδες από αυτούς, ή πιθανώς ακόμη περισσότερο. Καθώς οι ρυθμοί μεταφοράς δεδομένων συνεχίζουν να αυξάνονται, μπορεί να είναι δυνατή η ταχεία αποσύνδεση, οπότε δεν θα χρειαζόμαστε φυσικά να επιστρέψουμε τα δεδομένα σε μία μόνο τοποθεσία. Το μέλλον της απεικόνισης της μαύρης τρύπας είναι λαμπρό.

Είναι σημαντικό να αναγνωρίσουμε ότι απολύτως δεν θα μπορούσαμε να το κάνουμε αυτό χωρίς ένα παγκόσμιο, διεθνές δίκτυο επιστημόνων και εξοπλισμού που συνεργάζονται. Μπορείτε να μάθετε ακόμη περισσότερα για τη λεπτομερή ιστορία του πώς έγινε αυτό το εντυπωσιακό επίτευγμα, όπως θα ειπωθεί σε ένα ντοκιμαντέρ Smithsonian που κάνει ντεμπούτο αυτήν την Παρασκευή, 12 Απριλίου.

Πολλοί ήδη εικάζουν, αν και είναι πολύ αργά για φέτος, ότι αυτή η ανακάλυψη θα μπορούσε να οδηγήσει στο βραβείο Νόμπελ Φυσικής ήδη από το 2020. Εάν συνέβαινε αυτό, οι υποψήφιοι για τους οποίους μπορεί να απονεμηθεί το βραβείο περιλαμβάνουν:

  • Ο Shep Doeleman, ο οποίος πρωτοστάτησε, ίδρυσε και οδήγησε αυτό το έργο,
  • Ο Heino Falcke, ο οποίος έγραψε το σπερματικό έγγραφο με λεπτομέρειες για το πώς η τεχνική VLBI που χρησιμοποιεί το τηλεσκόπιο Event Horizon μπορεί να απεικονίσει έναν ορίζοντα γεγονότος
  • Ο Roy Kerr, του οποίου η λύση για μια περιστρεφόμενη μαύρη τρύπα στη Γενική Σχετικότητα είναι το θεμέλιο για τις λεπτομέρειες που χρησιμοποιούνται σε κάθε προσομοίωση σήμερα,
  • Ο Jean-Pierre Luminet, ο οποίος προσομοίωσε για πρώτη φορά την εικόνα μιας μαύρης τρύπας τη δεκαετία του 1970, υποδηλώνοντας μάλιστα το M87 ως πιθανό στόχο,
  • και ο Avery Broderick, ο οποίος έκανε μερικές από τις πιο σημαντικές συνεισφορές στη μοντελοποίηση της ροής της αύξησης γύρω από τις μαύρες τρύπες.
Αυτό το διάγραμμα δείχνει τη θέση όλων των τηλεσκοπίων και των συστοιχιών τηλεσκοπίων που χρησιμοποιήθηκαν στις παρατηρήσεις του Τηλεσκοπίου Event Horizon του 2017 του M87. Μόνο το τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου δεν μπόρεσε να απεικονίσει το M87, καθώς βρίσκεται στο λάθος μέρος της Γης για να δει ποτέ το κέντρο αυτού του γαλαξία. (NRAO)

Η ιστορία του Τηλεσκοπίου Horizon Event είναι ένα αξιοσημείωτο παράδειγμα υψηλής επιστήμης υψηλού κινδύνου. Κατά τη δεκαετία του 2009, η φιλόδοξη πρότασή τους δήλωσε ότι θα υπάρξει μια εικόνα μιας μαύρης τρύπας έως το τέλος της δεκαετίας του 2010. Μια δεκαετία αργότερα, το έχουμε στην πραγματικότητα. Αυτό είναι ένα απίστευτο επίτευγμα.

Βασίστηκε σε υπολογιστικές εξελίξεις, στην κατασκευή και ολοκλήρωση πολλών εγκαταστάσεων ραδιοτηλεσκοπίων και στη συνεργασία της διεθνούς κοινότητας. Ατομικά ρολόγια, νέοι υπολογιστές, συσχετιστές που θα μπορούσαν να συνδέσουν διαφορετικά παρατηρητήρια και πολλές άλλες νέες τεχνολογίες έπρεπε να εισαχθούν σε κάθε έναν από τους σταθμούς. Πρέπει να λάβετε άδεια. Και χρηματοδότηση. Και χρόνος δοκιμής. Και, πέρα ​​από αυτό, η άδεια για ταυτόχρονη παρατήρηση σε όλα τα διαφορετικά τηλεσκόπια.

Αλλά όλα αυτά συνέβησαν, και ουάου, τα έδωσε ποτέ. Ζούμε τώρα στην εποχή της αστρονομίας των μαύρων τρυπών, και ο ορίζοντας των γεγονότων είναι εκεί για να μπορούμε να φανταστούμε και να κατανοήσουμε. Αυτό είναι μόνο η αρχή. Ποτέ δεν έχει αποκτηθεί τόσο πολύ παρατηρώντας μια περιοχή όπου τίποτα, ούτε καν φως, δεν μπορεί να ξεφύγει.

Ο συγγραφέας ευχαριστεί και αναγνωρίζει τους επιστήμονες της EHT Michael Johnson και Shep Doeleman για τις απίστευτες γνώσεις τους και τις ενημερωτικές συνεντεύξεις τους σχετικά με τα πρώτα αποτελέσματα και τις μελλοντικές δυνατότητες για την επιστήμη της μάθησης για τις μαύρες τρύπες, τους ορίζοντες των εκδηλώσεων και τα περιβάλλοντα που τους περιβάλλουν.

Το Starts With A Bang είναι τώρα στο Forbes και αναδημοσιεύεται στο Medium χάρη στους υποστηρικτές του Patreon. Ο Ethan έχει συγγράψει δύο βιβλία, το Beyond The Galaxy και το Treknology: The Science of Star Trek από το Tricorder στο Warp Drive.