Juodosios skylės vaizdas patvirtina Einšteino reliatyvumo teoriją

Pagaliau nutempė iš šešėlių. Vaizdas per „Event Horizon“ teleskopo bendradarbiavimą.

Autorius: Kevinas Pimbbletas, Korpuso universitetas

Juodosios skylės yra ilgalaikės mokslinės fantastikos superžvaigždės. Tačiau jų Holivudo šlovė yra šiek tiek keista, turint omenyje, kad bent jau iki šiol dar niekas to nematė. Jei reikėjo pamatyti, kuo tikėti, tuomet dėkokite „Event Horizon Telescope“ (EHT), kuris ką tik sukūrė pirmąjį tiesioginį juodosios skylės vaizdą. Šiam nuostabiam žygdarbiui prireikė pasaulinio bendradarbiavimo, kad Žemė taptų vienu milžinišku teleskopu ir atvaizduotų objektą tūkstančių trilijonų kilometrų atstumu.

Nepaprastas ir novatoriškas EHT projektas nėra vien tik iššūkio priėmimas. Tai precedento neturintis testas, ar Einšteino idėjos apie pačią erdvės ir laiko prigimtį susitvarko ekstremaliomis aplinkybėmis ir arčiau nei bet kada anksčiau žvelgia į juodųjų skylių vaidmenį visatoje.

Trumpas pasakojimas: Einšteinas buvo teisus.

Neįmanoma pagauti

Juodoji skylė yra kosmoso sritis, kurios masė yra tokia didelė ir tanki, kad net ir šviesa neišvengia jos gravitacinio potraukio. Atsižvelgiant į juodus rašalo užkulisius, juos užfiksuoti yra beveik neįmanoma užduotis. Bet dėl ​​novatoriško Stepheno Hawkingo darbo žinome, kad didžiulės masės nėra vien tik juodosios bedugnės. Jie ne tik sugeba skleisti didžiulius plazmos purkštukus, bet ir didžiulė gravitacija traukia materijos srautus į jos branduolį.

Katie Bouman padėjo sukurti algoritmą, kuris leido pasauliui pamatyti, kaip iš tikrųjų atrodo juodoji skylė.

Čia ji yra tik akimirkos po to, kai buvo apdorotas pirmasis vaizdas. pic.twitter.com/AK9ZHQjJ2r

- Unearthed (@UE) 2019 m. Balandžio 11 d

Kai materija priartėja prie juodosios skylės įvykio horizonto, taškas, kuriame net šviesa negali ištrūkti, sudaro orbitos diską. Šio disko medžiaga konvertuos dalį savo energijos į trintį, nes trinasi prieš kitas materijos daleles. Tai sušildo diską, lygiai taip pat, kaip mes šiltą ranką šaltą dieną plauname kartu. Kuo artimesnis dalykas, tuo didesnė trintis. Arčiau įvykio horizonto esanti medžiaga švyti nepaprastai ryškiai, šiltai šimtai saulės. Būtent šią šviesą EHT aptiko kartu su juodosios skylės šiltnamiu.

Atvaizdo kūrimas ir tokių duomenų analizė yra nepaprastai sunki užduotis. Aš, kaip astronomas, tyrinėjantis juodąsias skyles tolimose galaktikose, aš paprastai negaliu aiškiai pavaizduoti vienos žvaigždės tose galaktikose, jau nekalbant apie juodąją skylę jų centruose.

EHT komanda nusprendė nukreipti į dvi iš arčiausiai mūsų esančių supermasyvių juodųjų skylių tiek didelėje elipsės formos galaktikoje M87, tiek Šaulyje A *, mūsų Pieno kelio centre.

Kad būtų galima suprasti, kokia sunki ši užduotis, tuo tarpu Paukščių Tako juodosios skylės masė yra 4, 1 milijono saulės, jos skersmuo yra 60 milijonų kilometrų [37 milijonai mylių], ji yra 250 614, 750, 218, 665, 392 kilometrų [155, 724, 785, 574, 924, 740 mi]. iš Žemės - tai lygu kelionei iš Londono į Niujorką 45 trilijonus kartų. Kaip pažymėjo EHT komanda, tai yra tarsi buvimas Niujorke ir bandymas suskaičiuoti golfo kamuoliuko Los Andžele matomus spenelius arba vaizduoti apelsiną mėnulyje.

Norint nusifotografuoti taip neįmanomai toli, komandai reikėjo tokio dydžio teleskopo kaip pati Žemė. Neturint tokio garbaningo aparato, EHT komanda sujungė teleskopus iš visos planetos ir sujungė jų duomenis. Norint užfiksuoti tikslų vaizdą tokiu atstumu, teleskopai turėjo būti stabilūs, o jų rodmenys visiškai sinchronizuoti.



Kaip tyrėjai užfiksavo pirmąjį juodosios skylės vaizdą.

Kad atliktų šį iššūkį, komanda naudojo atominius laikrodžius taip tiksliai, kad praranda vos sekundę per šimtą milijonų metų. Surinkti 5000 terabaitų duomenų buvo tokie dideli, kad juos reikėjo laikyti šimtuose kietųjų diskų ir fiziškai pristatyti į superkompiuterį, kuris ištaisė duomenų laiko skirtumus ir sudarė aukščiau esantį vaizdą.

Bendrasis reliatyvumas patvirtintas

Su jauduliu pirmą kartą stebėjau tiesioginį srautą, kuriame rodomas juodosios skylės vaizdas iš M87 centro.

Svarbiausia, kad Einšteinas buvo teisus. Vėlgi. Jo bendroji reliatyvumo teorija yra išlaikiusi du rimtus bandymus iš visatos ekstremaliausių sąlygų per pastaruosius kelerius metus. Čia Einšteino teorija nenutrūkstamu tikslumu numatė stebėjimus iš M87 ir, atrodo, teisingai apibūdina erdvės, laiko ir sunkio pobūdį.

Medžiagos greičio aplink juodosios skylės centrą matavimas yra artimas šviesos greičiui. Remdamiesi atvaizdu, EHT mokslininkai nustatė, kad juodoji skylė M87 yra 6, 5 ​​milijardo kartų didesnė už saulės masę ir 40 milijardų km (25 milijardų mylių) skersmens - tai yra didesnė nei Neptūno 200 metų saulės orbita.

Pieno kelio juodoji skylė buvo per sudėtinga, kad būtų galima tiksliai atvaizduoti šį kartą dėl greito šviesos srauto kitimo. Tikimės, kad netrukus į EHT rinkinį bus įtraukta daugiau teleskopų, kad būtų daromi vis aiškesni šių patrauklių objektų vaizdai. Neabejoju, kad artimiausiu metu galėsime pažvelgti į tamsią savo pačių galaktikos širdį.

Kevinas Pimbbletas, Korėjos universiteto fizikos vyresnysis dėstytojas

Apatinė eilutė: Fizikas paaiškina, kaip juodosios skylės vaizdas padeda palaikyti Einšteino reliatyvumo teoriją.

Šis straipsnis yra pakartotinai paskelbtas leidinyje „ The Conversation“ pagal „Creative Commons“ licenciją. Perskaitykite originalų straipsnį.