Umbes 55 miljoni valgusaasta kaugusel asuva Messier 87-nimelise galaktika keskmes, mille ümber tiirleb kogu galaktika aine, asub koletis: ülimassiivne must auk. Päikese massiga umbes 6, 5 miljardit korda suurenev must auk on M87 keskpunktis nii tihe, et selle põgenemiskiirus või objekti gravitatsioonist väljumiseks vajalik kiirus on suurem kui valguse kiirus. Seetõttu ei pääse isegi valguse footonid, kui nad liiga lähedale lähevad.
Kuid ärge laske nimel „must auk“ teid lollitada. „Omamoodi looduse paradoksina on mustad augud, mis ei lase valgust põgeneda, üks universumi eredaimaid objekte, ” ütleb Shep Doeleman, Harvardi-Smithsoni astrofüüsika keskuse vanemteadur ja lavastaja Event Horizon Telescope (EHT) projekti rahvusvaheline ettevõtmine ülitäpse musta augu otsepildistamiseks teleskoopidega kogu maailmas.
Täna avaldas EHT-projekt, sealhulgas kaheksa observatooriumi ja üle 60 teadusasutuse rohkem kui 20 riigis, esimese pildi mustast august. "See on esimene kord, kui ma seda pilti kohe nägin, " ütleb Riikliku Teadusfondi (NSF) direktor France Córdova rahvusliku pressiklubi pressikonverentsil. “Ja see tõi mu silmis pisarad. See on väga suur asi. ”
Täna avaldati Astrophysical Journalis ka kuus teadusartiklit, milles kirjeldati musta augu esimesi otseseid tähelepanekuid.
Ehkki valgus ei pääse mustast august ise, ümbritseb iga must auk, sündmuse horisondi all, omamoodi piir. Kõik ained, mis sündmuste horisondi kohal rändavad, on musta augu poolt ära kasutatud, kuid kui gaasid kogunevad otse sündmushorisondi lähedale, kuumutatakse neid sadade miljardite kraadideni, eraldades galaktikas tohutult kiirgust. Sündmuse horisont M87 musta augu ümber on umbes 1, 5 valguspäeva või umbes 40 miljardit kilomeetrit, umbes sama suur kui meie päikesesüsteemil.
„Mida oodata, kui näete galaktika keskel ülivõimsat musta auku ja arvame, et need eksisteerivad enamiku galaktikate keskpunktides, on see, et intensiivne gravitatsioon tõmbab läheduses asuvat gaasi musta auku poole ja see soojeneb üles, ”ütleb Doeleman. "Te proovite suruda palju gaasi väikseima mahuni, mida võite ette kujutada ... ja kõik see väga kuum gaas eraldab [valgust]."
Pärast enam kui 200 rahvusvahelise teadlase aastatepikkust kavandamist on andmed, mille eesmärk on näidata musta augu esimest pilti, valmis. Meeskond koguneb suureks paljastuseks - see on astrofüüsika seisuline hetk.M87 keskel oleva musta augu vaatlustest selgub, et see pöörleb päripäeva. Kujutise allosas, kus valgusrõngas on heledam, liigub musta augu pöörlemine meie poole, samal ajal kui pildi ülaosas olev rõnga osa eemaldub.
Musta augu sündmuse silmapiiri ümbritseva põleva gaasi pildistamine, mida astronoomid nimetavad musta augu „varjuks” või „siluetiks”, pole osutunud lihtsaks ülesandeks. M87 must auk on galaktika keskpunktis, looritatud heledate tähtede ja suurte gaasi- ja tolmulainete taha. Enne 55 miljoni valgusaasta läbimist läbi M87 ja läbi galaktikatevahelise kosmose Maale lennata saavad valguse footonid, millel õnnestub pääseda ülitäpse musta augu gravitatsioonikaevust, on astronoomid ühendanud mõned kõige võimsamad raadiod kunagi teleskoobid, mis on kunagi ehitatud selleks, et ehitada Maa suurusega teleskoop.
"Seal on spetsiaalne väli, mille nimi on väga pikk algtaseme interferomeetria ja milles ühendate raadiosaateid kogu maailmas ja saate erakordselt suured suurendused, " räägib Doeleman. Raadioastronoomia observatooriumid alates Lõunapooluse teleskoobist kuni Gröönimaa teleskoobini on EHT-sse oma panuse andnud või panustavad. "VLBI tehnika abil, kus teete kogu Maa teleskoobiks, peate aatomkellade võrgu abil ühendama mõlemal pool Maad asuvaid nõusid ja seda me teeme."
Event Horizon Telescope kogus andmeid esimese musta augu kujutise kohta 2017. aastal. Kasutades aatomkellasid vaatluste õigeks joondamiseks ja superarvuteid andmete petabaitide koostamiseks, saavad teadlased tõhusalt saavutada Maa-suuruse teleskoobi eraldusvõime - kuid mitte valguse kogumise võime, seega saab seda tehnikat kasutada ainult väga eredate objektide vaatlemiseks. VLBI suudab raadiolaineid koguda ainult Maaga pidevalt pöörlevate nõude pindadele, hoides M87 keskpunkti silma peal.
Põhja-Tšiilis asuv Atacama suurte millimeetrite / alammillimeetrite massiiv (ALMA), mille Linnutee on nähtavESO / Y. Beletsky taevas. ALMA on Event Horizon Telescope võrgu kõige võimsam raadiovaatluskeskus. (ESO / Y. Beletsky) "Võite mõelda nendele teleskoopidele kui väikestele hõbedasetele bittidele maapealses peeglis ja liikudes jälitavad nad peegelduse ahelaid ja nii lõpetate maakera teleskoobi kudumise või keerutamise - peaaegu hoone veeb, nagu ämblik teeb, ”räägib Doeleman.
Teleskoobid koguvad äärmiselt kõrgsageduslikke (EHF) raadiolaineid, peaaegu infrapunavalgust elektromagnetilisele spektrile, lainepikkusega 1, 3 millimeetrit. Doeleman väidab, et sagedus on lihtsalt täiuslik, et teha ulatuslik teekond musta augu servadest meie raadiosaatjateni. Vaatluskeskused pöörduvad M87 poole üldiselt öösel ning märtsis ja aprillis, kui atmosfääri veeaurud on madalaimal tasemel.
Event Horizon Telescope on samuti jälginud Amburit A * - ülimassiivset musta auku meie galaktika, Linnutee keskmes. Ambur A * (hääldatakse “Ambur A-täheks”) on palju vähem aktiivne supermassiivne must auk kui M87 keskpunktis olev auk. Umbes 26 000 valgusaasta kaugusel asuv Ambur A * on piisavalt väike, et ta paistab taevas olevat umbes sama suur kui kaugemal asuv M87.
Paljud teadlased usuvad, et mustad augud on teoreetilise füüsika valdkonnas mõistlikud, kuid päriselus need tegelikult eksisteerida ei saa. Musta augu pildi jäädvustamine muudaks seda kõike.Lisaks hõõguvale sündmusehorisondile M87 musta augu ümber, paiskab objekt materjali joad kosmosest välja. "Te saate need relativistlike osakeste joad, sest see on muidugi väga energiline ja võib voolata kümnete tuhandete valgusaastate jooksul, " räägib Doeleman. "Nad võivad minna kogu galaktika ulatuses, ja see on see, et energia vabanemine galaktilises mastaabis võib muuta kogu galaktika väljanägemist."
Supermassiivsest mustast august voolanud joa energia määratakse kindlaks selle järgi, kui palju ainet must auk tarbib, samuti selle pöörlemist, magnetvälja ja muid omadusi. "Lennukid kannavad 10 miljardi energiaga supernoova, " ütles EHT teadusnõukogu liige ja Amsterdami ülikooli professor Sera Markoff pressikonverentsil. “Nendel veidratel ruumiaegsetel kraanikaududel on omaette tagajärjed, ” ütleb Markoff. Kui must auk kulutab tohutult energiat, takistab see sündmuse horisondi ümbruses olevatel gaasidel uute tähtede moodustumist, stimuleerides galaktikate kasvu.
Musta augu keskpunktis on Einsteini üldise relatiivsusteooria kohaselt singulaarsuse punkt, kus kogu objekti mateeria on kondenseerunud nii väikeseks mahuks, et tihedus on sisuliselt lõpmatu. Sel hetkel arvatakse, et tuntud füüsikaseadused lagunevad. Sündmuste horisondi lähedale proovivad teadlased relatiivsuse seaduste kontrollimiseks siiski teha musta augu silueti kuju.
"Pean tunnistama, et olin pisut jahmunud, et see vastas nii täpselt meie ennustustele, " ütleb EHT-i astrofüüsik ja Waterloo ülikooli dotsent Avery Broderick pressikonverentsil. "See on rõõmustav, kuid samas ka pisut häiriv."
Valguse kuju musta augu ümber, mida nimetatakse footoniringiks, kus valgus tiirleb keskpunktis, on Einsteini gravitatsiooniteooriate kõige intensiivsem test, mida eales läbi viidud.
"Üks põhjuseid, miks te seda valgusringi näete, on see, et see on orbiit, kus footonitel on kohustus liikuda ringi ümber musta augu, " räägib Doeleman. „See on tõesti erakordne - te võtate sellise objekti nagu footon, mis liigub nii kiiresti, kui kõik võib liikuda universumis, kiireima, mida saate liigutada, ja siis saate aru, et seal on mingi objekt, mida nimetatakse mustaks auku, mis paneb selle valguskiire painutama täielik ring. Ja see on põhimõtteliselt see, mida te näete. … Ja kui te läbite Einsteini võrrandid, on see väga eriline orbiit. ”
Kui näete ringi, mis ümbritseb musta auku, selle vari siluett kosmose vastu, on kinnitust leidnud, et enam kui 100 aastat tagasi rajatud teoreetiline füüsika peab paika ka „ühes kõige äärmuslikumas laboris, mida universum meile pakub”.
"Ma arvan, et see räägib inimese vaimuga ausalt öeldes, et me suudame selle ära tõmmata, " ütleb Doeleman.
Black Hole Hunters esietendub reedel, 12. aprillil kell 21 Smithsoniani kanalil.
