gov-civil-vilareal.ptPokukanje po pečini neskončnosti: prva slika horizonta dogodkov črne luknje
>Prvič v zgodovini človeštva so astronomi združili moč teleskopov z vsega našega planeta, da bi ustvarili podobo, ki prikazuje horizont dogodkov črne luknje.
Zbrani niz se imenuje teleskop Event Horizon , in v štirih nočeh aprila 2017 je opazil supermasivna črna luknja v središču M87 , eliptična galaksija v gruči Devica, 55 milijonov svetlobnih let od Zemlje.
Kar so videli, je kar osupljivo:
Prva slika obzorja dogodkov supermasivne črne luknje. To prikazuje silhueto črne luknje z maso 6,5 milijard krat večjo od Sonca, ki se nahaja v jedru galaksije M87 55 milijonov svetlobnih let stran od Zemlje. Kredit: NSF
Pri tem želim biti zelo previden, saj je ta slika nekoliko bolj zapletena kot preprosto svetlobni obroč s črno luknjo v sredini, fizika za njo pa je precej ostra.
kako sem spoznal tvojo mamo je ocenil
Če želite biti jasni, dejansko ne vidite same črne luknje. Ta krožna luknja v središču obroča ni črna luknja, ampak res učinek njene gravitacije. Imenuje se senca črne luknje, vendar si jo bolj predstavljam kot njeno napravo za prikrivanje: gravitacija upogiba svetlobo iz materiala okoli sebe in jo pošilja proti nam, pri čemer pušča vrzel tam, kjer je sama črna luknja. Morda je najboljši način, da ga opišemo kot silhueto gravitacije črne luknje.
Ta videoposnetek vam bo povedal o učinku:
To, kar vam ostane, je sferična regija v vesolju, kjer v notranjost ne more priti ven. Če tako razmišljate, se površina te krogle imenuje obzorje dogodkov (ker vsak dogodek, ki se zgodi v njem, je izven vašega obzorja in ga ni mogoče videti). Ampak samo zunaj gravitacija je zelo močna, vendar ne nemogoče. Foton, delček svetlobe, ki teče blizu te meje, a še vedno zunaj nje, bo svojo pot precej upognil, vendar lahko pobegniti.
Velikost obzorja dogodkov je odvisna od mase črne luknje. Če računate - prvič je Einstein izračunal v zgodnjih 1900 -ih - boste ugotovili, da bi imel, če bi Sonce stisnili v črno luknjo, premer 6 kilometrov. Upoštevajte, da je Sonce zdaj 1,4 milijona km čez! Zato morate narediti predmete neverjetno majhne in goste, da postanejo črne luknje.
Zdaj mislimo, da ima vsaka velika galaksija v vesolju v svojem središču supermasivno črno luknjo z milijoni ali celo milijardamikrat večjo maso Sonca. The mlečna cesta ima enega, ki je na primer več kot 4 milijone mas Sonca.
M87 je an eliptična galaksija v osrčju grozda Devica je na stotine galaksij razporejenih po nebu med ozvezdji Leva in Device. To je ogromna galaksija, dovolj svetla, da jo je mogoče videti le z daljnogledom, čeprav je oddaljena 55 milijonov svetlobnih let.
Je tudi aktivna galaksija : Za razliko od supermasivne črne luknje v Rimski cesti, tista v središču M87 aktivno požre snov. Vanj pada material, večinoma plin in prah, ki pri tem tvori ploščat disk, imenovan akrecijski disk, ki se začne tik pred obzorjem dogodkov in se razteza na več milijard kilometrov. Hitrost, na kateri se vrti, je odvisna od njene oddaljenosti od obzorja dogodkov; stvari zelo blizu pri premikanju zelo skoraj s svetlobno hitrostjo, medtem ko so stvari bolj oddaljene počasnejše.
Osnovne komponente aktivne črne luknje, vključno z obzorjem dogodkov, akrecijskim diskom in curkom. Kredit: TO
Ker se material drgne skupaj, ustvarja trenje, to pa ustvarja toploto. A veliko toplote. Kot veliko veliko. Predstavljajte si, da si drgnete roke skupaj s svetlobno hitrostjo! Material na disku se segreje na milijone stopinj in stvari, ki vroče močno svetijo, oddajajo ogromne količine svetlobe.
To je material, ki ga vidite na sliki teleskopa Event Horizon*. To zagotavlja sijaj ozadja okoli črne luknje. Toda gravitacija črne luknje jo popači in upogne pot svetlobe. Svetloba iz materiala zadaj črna luknja se upogne okoli tako, da ga lahko dejansko vidimo! Čim bližje je črna luknja, tem bolj se upogiba, dokler tik ob obrisu obzorja dogodkov, gledano z Zemlje, ni mogoče videti več svetlobe. Zato je ta del videti temen.
Pot svetlobe okoli črne luknje se močno popači zaradi gravitacije. Na tem diagramu je Zemlja desno na desni, svetloba iz materiala za črno luknjo pa se upogne proti nam in pusti luknjo, kjer je sama črna luknja. Kredit: Nicolle R. Fuller/NSF
Ampak počakaj! Še več je!
Obstaja učinek, imenovan relativistično žarčenje , ki je posledica neverjetno hitrega gibanja materiala, ki kroži tik pred črno luknjo. Če žarnico držite pred seboj, se svetloba razširi v kroglo v vse smeri, če pa se žarnica premika blizu svetlobne hitrosti, se zdi, da svetloba, ki jo vidimo iz nje, sije kot svetilka , usmerjeno v smer, v kateri se premika. Ta bizarni učinek pomeni, da je predmet, ki je proti vam usmerjen s hitrostjo svetlobe, videti svetlejši, ker je več njegove svetlobe usmerjeno proti vam, nekaj, kar se oddaljuje, pa je videti temnejše, ker je njegova svetloba usmerjena stran od vas.
Zdaj pa ponovno poglejte sliko teleskopa Event Horizon. Oglejte si, kako so stvari na dnu obroča svetlejše od stvari na vrhu? To je posledica relativističnega sevanja! Material na dnu je usmerjen proti nam in svetlejši od materiala na vrhu, ki se odmika od nas. To nam pove, v katero smer se vrti akrecijski disk. Tudi črna luknja se vrti v istem smislu kot disk, kar tudi pove, da se z našega vidika črna luknja vrti v smeri urinega kazalca.
Ne bom vam lagal: ko sem prvič pogledal to sliko in spoznal, kaj vidim, so se mi na hrbtu dvignili lasje.
Osem teleskopov po vsej Zemlji, ki sestavljajo teleskop Event Horizon. Zasluge: Univerza v Arizoni / Dan Merrone
Tehnologija, ki je astronomom omogočila ustvarjanje te podobe, je neverjetna. Za opazovanje črne luknje M87 so uporabili osem različnih teleskopov po vsem svetu - Arizono, Čile, Mehiko, Španijo, Havaje in Antarktiko. Ti teleskopi ne vidijo optične svetlobe kot naše oči, ampak so občutljivi na svetlobo v milimetrskem območju valovnih dolžin, bližje radijskim valovom kot optični svetlobi . Ti milimetrski valovi potujejo s svetlobno hitrostjo (ker so lahki) in dosežejo teleskope ob nekoliko drugačnem času. Vsak teleskop pozorno opazuje te valove in če združite te podatke, se zdi, kot da imate navidezni teleskop velikosti prostora med obema opazovalnicama.
Temu se reče interferometrija . Ko združite valove, vidne na dveh lokacijah, se konstruktivno in destruktivno medsebojno motijo in ustvarjajo obrobje. To je tako, kot če se v kopalni kadi pometaš naokoli; grebeni valov se včasih sestavijo in izplaknejo kad, medtem ko se korita združijo in znižajo nivo vode okoli vas. Te kombinacije grebenov in koritov so obrobje. V nizu interferometričnih teleskopov so informacije v vsem, kar je mogoče obrniti, delovale nazaj, da bi ustvarile podobo slike, ki vam pošilja valove. To je zelo zapleteno delo in lažje pri daljših valovnih dolžinah, zato so bili uporabljeni milimetrski teleskopi (optična svetloba ima veliko veliko krajša valovna dolžina, zato je optična interferometrija veliko težja).
Ko je vse skupaj, teleskop Event Horizon deluje kot ena sama jed velikosti našega planeta . Tako bi lahko videl vse podrobnosti v črni luknji M87. Čeprav je ogromen, premer 40 milijard kilometrov, je oddaljen 55 milijonov svetlobnih let, zato so od Zemlje le približno štiri milijarde stopnjo velikosti!
Luna na nebu je široka pol stopinje, zato je ta slika črne luknje enakovredna videti marmor na Luni . Ali natančneje, črni marmor s svetlečim gumijastim trakom okoli njega.
To je fenomenalen dosežek, resnično nova doba v astronomiji. Učinke črnih lukenj smo videli že desetletja: material, ki kroži okoli njih, in se močno segreje; žarki snovi in energije se od njih odstrelijo, ko smešno močno magnetno polje v akrecijskem disku odtrga material in ga odvrže z ogromno hitrostjo; in celo učinki supermasivne črne luknje naše galaksije na zvezde okoli nje, ki v realnem času opazujejo, kako se z veliko hitrostjo vrtijo okoli nje.
In poglobili smo se v fiziko črnih lukenj zahvaljujoč enačbam, ki so jih briljantni umi razpravljali več desetletij, spoznavali, kako izkrivljajo prostor in čas, kaj se dogaja blizu obzorja dogodkov, kaj se dogaja zunaj njega in včasih celo ugotavljajo, kaj dogaja se znotraj.
Toda to je prvič, da smo videli horizont dogodkov črne luknje. In od tu bo bolje; več teleskopov bo dodanih za boljšo ločljivost, različne vidne valovne dolžine bodo iztisnile več informacij iz tega, kar vidimo, in še hladnejše, več črnih lukenj - vključno z našimi v središču Rimske ceste - bodo na ta način pod drobnogledom. .
Črne luknje so temne, vendar je njihova prihodnost zelo svetla.
* Opomba: Teleskop Event Horizon je sicer pogledal tudi črno luknjo v središču naše galaksije, vendar je veliko težje ustvariti njeno podobo zaradi njene spremenljivosti in spreminjanja njene svetlosti na lestvici ur in dni. Črna luknja M87 je bolj stabilna, zato jo je lažje slikati. Z geometrijsko potezo je približno 1600 -krat večja od naše črne luknje, vendar približno 2000 -krat dlje, zato se zdi približno enake velikosti kot naša od Zemlje.
