Ето невероятната история на науката, която доведе до първото изображение на черна дупка

M87* и рентгеново изображение на Chandra на галактиката M87. (EHT Collaboration; NASA/CXC/University Villanova/J. Neilsen)

Първата снимка на супермасив Черна дупка в центъра на една галактика показва как в известен смисъл сме наблюдавали невидимото.

The призрачен образ е карта на радиоинтензитета на светещата плазма зад, и следователно силует, на черната дупка хоризонт на събитията ' - сферичното наметало на невидимостта около черна дупка, от която дори светлината не може да излезе.

Радио „снимката“ е получена от международно сътрудничество, включващо повече от 200 учени и инженери, които свързаха някои от най-мощните радиотелескопи в света, за да видят ефективно свръхмасивната черна дупка в галактиката, известна като M87.

И така, как, за бога, стигнахме дотук?

От 'тъмни звезди'

Това беше английският астроном Джон Мишел който през 1783 г. за първи път формулира идеята за „тъмни звезди“, толкова невероятно плътни, че тяхната гравитация би била невъзможна за избягане – дори ако случайно сте фотон, който може да се движи със скоростта на светлината.

Нещата са изминали дълъг път след това пионерско прозрение.

През януари тази година астрономите публикува изображение на излъчването, идващо от радиоизточника, известен като Стрелец A*, регионът непосредствено около свръхмасивна черна дупка в центъра на нашата галактика.

Впечатляващо, това изображение имаше детайли в мащаби до само девет пъти размера на хоризонта на събитията на черната дупка.

Сега, телескопът Event Horizon ( EHT ) успя да разреши хоризонта на събитията около свръхмасивната черна дупка в M87, сравнително близка галактика, от която светлината отнема 55 милиона светлинни години, за да достигне до нас, поради разстоянието.

Учените получиха първото изображение на черна дупка, използвайки наблюдения от телескопа Event Horizon на центъра на галактиката M87. Изображението показва ярък пръстен, образуван, когато светлината се огъва в интензивната гравитация около черна дупка, която е 6,5 милиарда пъти по-масивна от Слънцето pic.twitter.com/AymXilKhKe

— Event Horizon 'Scope (@ehtelescope) 10 април 2019 г

Астрономически фигури

Астрономическите обекти идват с астрономически фигури и тази цел не е изключение.

Черната дупка на M87 има маса, която е 6,5 милиарда пъти по-голяма от тази на нашето Слънце, което само по себе си е една трета от един милион пъти масата на Земята. Неговият хоризонт на събитията има радиус от приблизително 20 милиарда километра, повече от три пъти разстоянието, което Плутон е от нашето Слънце.

Той обаче е далеч и невероятният инженерен подвиг, необходим, за да се види такава цел, е подобен на опит за наблюдение на обект с размер 1 милиметър от разстояние 13 000 километра (8 000 мили).

Този достоен за Нобелова награда резултат, разбира се, не е случайно откритие, а измерване, изградено на базата на поколения прозрения и пробив.

Прогнози без наблюдение

В началото на 1900 г. се наблюдава значителен напредък, след като Алберт Айнщайн развива своите теории за относителността. Тези трайни уравнения свързват пространството и времето и диктуват движението на материята, което от своя страна диктува гравитационните полета и вълните в пространство-времето.

Скоро след това, през 1916 г., астрономите Карл Шварцшилд и Йоханес Дросте независимо един от друг осъзнават, че уравненията на Айнщайн водят до решения, съдържащи „математическа сингулярност“, неделима точка с нулев обем и безкрайна маса.

Изучавайки еволюцията на звездите през 20-те и 30-те години на миналия век, ядрените физици достигат до привидно неизбежното заключение, че ако са достатъчно масивни, определени звезди ще завършат живота си в катастрофален гравитационен колапс, водещ до сингулярност и създаване на „замръзнала звезда“.

Този термин отразява странната относителна природа на времето в теорията на Айнщайн. На хоризонта на събитията, позорната граница без връщане, заобикаляща такава колабирала звезда, времето ще изглежда замръзнало за външен наблюдател.

Докато напредъкът в областта на квантовата механика замени идеята за сингулярност с еднакво объркваща, но крайна квантова точка, действителната повърхност и вътрешността на черни дупки остава активна област на изследване днес.

Въпреки че нашата галактика може да съдържа милиони черни дупки със звездна маса на Джон Мишел - от които знаем местонахождението на около дузина - техните хоризонти на събитията са твърде малки за наблюдение.

Например, ако нашето Слънце колабира до черна дупка, радиусът на неговия хоризонт на събитията ще бъде само 3 км (1,9 мили). Но сблъсъкът на черни дупки със звездна маса в други галактики беше известно открит използвайки гравитационни вълни .

Търся нещо супермасивно

Следователно целите на EHT са свързани със свръхмасивните черни дупки, разположени в центровете на галактиките.

Терминът черна дупка всъщност се използва едва в средата до края на 60-те години на миналия век, когато астрономите започнаха да подозират, че наистина масивните „тъмни звезди“ захранват силно активните ядра на определени галактики.

Има много теории за образуването на тези особено масивни черни дупки. Въпреки името, черните дупки са обекти, а не дупки в тъканта на пространство-времето.

През 1972г. Робърт Сандърс и Томас Ловингер изчислява, че плътна маса, равна на около един милион слънчеви маси, се намира в центъра на нашата галактика.

До 1978 г. Уолъс Сарджънт и колегите му бяха решили че плътна маса пет милиарда пъти по-голяма от масата на нашето Слънце се намира в центъра на близката галактика M87.

Но тези маси, леко преработени оттогава, може да са били просто гъст рояк от планети и мъртви звезди.

През 1995 г. съществуването на черни дупки беше потвърдено от наблюдения Макото Мийоши и колеги . Използвайки радиоинтерферометрия, те откриха маса в центъра на галактиката M106, в обем толкова малък, че можеше да бъде или скоро щеше да стане черна дупка.

Днес масите на около 130 такива свръхмасивни черни дупки в центровете на близките галактики са измерени директно от орбиталните скорости и разстоянията на звездите и газа, обикалящи около черните дупки, но все още не по спирала на смъртта в централния гравитационен компактор.

Въпреки увеличената извадка, нашият Млечен път и M87 все още имат най-големите хоризонти на събитията, както се вижда от Земята, поради което международният екип преследва тези две цели.

Сенчестият силует на черната дупка в M87 е наистина удивително научно изображение. Въпреки че черните дупки очевидно могат да спрат времето, трябва да се признае, че предсказващата сила на науката, съчетана с човешкото въображение, изобретателност и решителност, също е забележителна сила на природата.

Алистър Греъм , професор по астрономия, Технологичен университет Суинбърн .

Тази статия е препубликувана от Разговорът под лиценз Creative Commons. Прочетете оригинална статия .

За Нас

Публикуването На Независими, Доказани Факти От Доклади За Здравето, Пространството, Природата, Технологиите И Околната Среда.