https://bodybydarwin.com
Slider Image

Hvordan forskere så det 'usynlige' - og fanget det første bildet av et svart hull

2021

Forskere med Event Horizon Telescope (EHT) kunngjorde onsdag at de med suksess har avbildet hendelseshorisonten til et supermassivt svart hull i hjertet av Messier 87-galaksen, nesten 55 millioner lysår unna Jorden. Det nye bildet er en brennende malstrøm, to år etter at teamet opprinnelig fanget dataene sine, og avslutter en lang ventetid på en av de mest spennende astrofysiske bestrebelsene i moderne minne.

"Svarte hull er de mest mystiske gjenstandene i universet, " sa Sheperd Doeleman, direktøren for EHT og en forsker ved Harvard – Smithsonian Center for Astrophysics, fortalte publikum på en pressekonferanse fra National Science Foundation i Washington, DC "Fordi de er så liten, vi har aldri sett en. Vi er glade for å kunne rapportere til deg i dag at vi har sett og tatt et bilde av et svart hull. ”

Tyngdekraften som utøves av et svart hull er så kraftig at lys ikke en gang kan unnslippe det, noe som tydeligvis gjør det nesten umulig å faktisk ta et bilde av et. Men sorte hull har det som kalles en begivenhetshorisont: en grense som angir poenget med ingen retur. Lys og materie som krysser denne terskelen, vil ikke slippe unna det sorte hullet, men romtid er fordreiet i hendelseshorisonten slik at det skaper en glødende sirkel av tiltrengende materie. Det skaper en slags silhuett av objektet - det er det EHT fanget.

Til tross for navnet, er EHT faktisk et prosjekt som består av åtte forskjellige teleskoper ved forskjellige observatorier rundt om i verden som opererer synkront for å avbilde de sorte hullene i sentrum av M87, så vel som det supermassive sorte hullet i sentrum av vår egen Melkeveis galakse, Skytten A *. EHT gjorde sin første datafangst i 2006, og har siden lagt flere og flere observatorier til nettverket sitt, som nå inkluderer submillimeter-teleskoper på Hawaii, Arizona, Chile, Antarktis, Mexico og Spania. Doeleman forklarte at M87s supermassive sorte hull var den første kilden de har avbildet, men de jobber for tiden med å avbilde Skytten A *.

Det nye bildet kommer fra data som er fanget i løpet av ni dager i april 2017. Det har tatt to år å faktisk pakke ut og analysere alle observatoriets data, delvis fordi filene er for massive til å overføres digitalt. Harddisker måtte fysisk ferges fra observatoriene for at forskere kunne behandle dataene. Spesielt datasettet Antarktis forble utilgjengelig i flere måneder på grunn av ekstremvær.

Roger Blandford, en teoretisk astrofysiker ved Stanford University, som ikke var involvert i EHT, fortalte Popular Science at bildet er en "hyllest til teamets harde arbeid og 50 års oppfinnsomhet fra radioastronomer før dem hevet interferometriens håndverk."

De forskjellige observatoriene som utgjør EHT er alle kan gjøre forskjellige radiofrekvensobservasjoner av forskjellige objekter i rommet. I dette tilfellet ble de alle rettet opp for å se på strålingen som sendes ut av hvert sorte hulls hendelseshorisont, og jobbet sammen for å gi den typen ekstrem optisk oppløsning som er nødvendig for å avbilde noe så lite og så langt unna. Daniel Marrone, en astronom ved University of Arizona og medlem av EHT-teamet, fortalte publikum på onsdagens pressekonferanse at mens det sorte hullet er 6, 5 milliarder ganger solens masse, er begivenhetshorisonten i utgangspunktet bare én og- en halv lysdag. Som referanse er selve M87, allerede en imponerende kropp til bilde med 55 millioner lysår unna, 120 lysår i diameter. Doeleman kaller bragden for "tilsvarer det å kunne lese datoen på et kvarter i LA når vi står her i Washington, DC"

Før kunngjøringen var det ikke helt klart nøyaktig hva EHT skulle avsløre for verden. Andrea Isella, en astronom fra Rice University som ikke var involvert i prosjektet, fortalte Popular Science på forhånd at selv om vi tydeligvis aldri har hatt direkte observasjoner av Skytten A *, har vi visst om eksistensen i flere tiår. Vi kan observere dens gravitasjonseffekt på gjenstander i nærheten. "Vi ser stjerner som går i bane rundt noe som ikke møter noe optisk lys, sier han." Fra denne bevegelsen kan vi måle massen til det sorte hullet estimasjoner i størrelsesorden millioner av solmasser. ”

Blandford fremhevet tidligere bildets potensiale for å bekrefte om Einsteins teori om generell relativitet modellen for hvordan vi karakteriserer tyngdekraftsforholdet og romtiden kunne korrekt beskrive hvordan tyngdekraften fungerer i forhold til disse ultramassive eskene, kanskje kaster mer lys på egenskapene til svarte hull. Mens generell relativitet allerede er blitt testet mange ganger gjennom svakere situasjoner som gravitasjonslinser (hvordan lys bøyes når det krysser massive gjenstander), er det aldri testet i et sterkt gravitasjonsfelt som et svart hull.

EHT-teamet bekreftet onsdag at de nye dataene stemmer overens med tidligere modeller som ble brukt til å karakterisere både sorte hull og generell relativitet. Avery Broderick fra University of Waterloo forklarer at hvis Einstein tok feil, kunne silhuetten av det sorte hullet ha sett veldig annerledes ut misshapen, eller til og med manglet helt. I stedet var den sirkulær og samsvarte med strukturelle forventninger.

I dag har generell relativitet bestått nok en avgjørende test, sier Broderick.

Til en viss grad er sorte hull faktisk veldig enkle gjenstander, sier Isella. De er definert av det han forklarer er to hovedparametere: masse (som allerede er estimert gjennom bane rundt stjernene rundt den), og rotasjonsspinn. Et bilde av et svart hull kan gi deg en direkte linje for å finne ut av disse parametrene. Eventuelle vesentlige avvik fra det vi forventer, betyr at det er noen kritiske manglende brikker vi ikke har vurdert ennå. Men det nye bildet er oppmuntrende nyheter om at alt vi har lært om sorte hull, uten å ha sett en, har vært på poeng.

De nye funnene vil påvirke utallige astrofysiske og kosmologiske undersøkelser. I den nærmeste fremtiden håper Blandford “de vil hjelpe oss å forstå hva som skjer med gass og magnetiske felt utenfor hendelseshorisonten, hvordan skivene til gass som virvler rundt det sorte hullet oppfører seg, og hvordan relativistiske jetfly [ionisert materie utvist med lysets hastighet ] er laget. ”Broderick forklarte at dataene allerede er brukt til å bestemme M87s sorte hullsnurr med urviseren, og har en lys halvmåne-lignende funksjon med et mørkt interiør.

Nede på veien tror Blandford astronomer kunne bruke dataene for å få et bedre glimt av oppførselen til enkeltstjerner som går i bane rundt det galaktiske sentrum, og rollen som varm gass rett utenfor svarte hull i å påvirke spinnene til selve gjenstandene. EHT-teammedlem Sera Markoff fra University of Amsterdam diskuterte hvordan denne typen arbeid kan brukes for å bedre forstå hvordan stråler av stråler og partikler som blir utvist av sorte hull påvirker galaktisk vekst og evolusjon.

Men foruten den vitenskapelige relevansen av bildet, er det også en teknologisk milepæl her verdt å fremheve. EHT er på mange måter et slags bevis-for-konsept for å skaffe høyoppløselige bilder av et himmelsk objekt som er veldig lite og veldig langt borte. Å oppnå denne typen bragd åpner i utgangspunktet en hel metodikk for å gjennomføre mer dristige astronomiske undersøkelser.

"En stor del av undersøkelser innen astronomi handler om å prøve å avbilde veldig små gjenstander, " sier Isella. Implikasjonen er at vi burde være i stand til å legge til flere teleskoper og oppnå bilder av bedre kvalitet som beveger oss fremover, så vel som å avbilde andre sorte hull, sier Isella.

Det er kanskje ikke veldig tydelig ved første øyekast av bildet, noe som absolutt er uskarpt enn det de fleste hadde håpet. Bildet er komprimert en million ganger mer enn 5.000 terabyte data, og skarpheten ser dessverre fortsatt ut til å falle av. Men det kan gjøres bedre gjennom forskjellige tilnærminger i oppfølgingsobservasjoner, som ved bruk av nye algoritmer, og tillegg av flere teleskoper med høyere frekvens.

Faktisk er astronomi allerede godt brukt til den slags trinn-for-prosess. Ta for eksempel en planet som Pluto. Vårt aller første syn på dvergplaneten var et absolutt rot etter dagens standarder, men med tiden klarte vi å finne noe som mye mer lignet en faktisk planet med overflatefunksjoner. Og det var ikke før New Horizons flyby, 85 år etter at vi plukket det første bildet av Pluto, at vi endelig kunne se dens disige atmosfære, bergformasjoner og ekte overflatefarger.

Teamet vil ha 11 teleskoper under prosjektet innen 2020, og Doeleman og hans kolleger uttrykte et ønske om å til slutt sette et teleskop i verdensrommet for å øke innsatsen. Selv om det nye bildet av M87s supermassive sorte hull ikke har endret radikalt vår forståelse av universet, hjelper det å åpne døren til en helt ny romssyn.

"Vi har utsatt en del av universet som vi trodde var usynlig for oss før, " sa Doeleman. "Naturen har konspirert for å la oss se noe som vi trodde var usynlig."

Kina planlegger å skyte raketter ut i verdensrommet fra massive godstogere og fly

Kina planlegger å skyte raketter ut i verdensrommet fra massive godstogere og fly

Godstog er fremtiden vår

Godstog er fremtiden vår

For 60 år siden sjokkerte Sputnik verden og startet romløpet

For 60 år siden sjokkerte Sputnik verden og startet romløpet