Rahvusvahelise koostöö kaudu sepistatud kaheksast maapealsest raadioteleskoobist koosnev planeedi skaala Event Horizon Telescope jäädvustas galaktika M87 keskel asuva supermassiivse musta augu ja selle varju pildi.
(Pilt: © EHT koostöö)
Mustad augud on lõpuks varjudest välja tõmmatud.
Inimkond on esimest korda pildistanud ühte neist tabamatutest kosmilistest metsalistest, paistades valgust eksootilisele kosmose-aja valdusele, mis oli juba ammu meie kenast kaugemal.
"Oleme näinud, mida pidasime kättesaamatuks," ütles Sheperd Doeleman Harvardi ülikoolist ja Harvard-Smithsoniani astrofüüsika keskusest täna (10. aprillil) Washingtoni Riikliku Pressiklubi pressikonverentsil D.C.
Doeleman juhib projekti Event Horizon Telescope (EHT), mis jäädvustas eepilisi pilte. Need neli fotot, mis täna avalikustati kogu maailmas toimunud pressiüritustel ja avaldatud trükiste seerias, visandavad elliptilise galaktika M87 keskpunkti varitseva koletise musta augu kontuurid.
Kujutised on piisavalt meelt lahutavad. Kuid veelgi olulisem on rada, mida uued tulemused tõenäoliselt lõõmavad, ütlesid teadlased.
"Seal on tõesti uus valdkond, mida uurida," ütles Harvardi füüsika ja teaduse ajaloo professor Peter Galison eelmisel kuul EHT-i vestluses Texase Austinis Austraalias South by Southwest (SXSW) festivalil. "Ja see on lõppkokkuvõttes selles nii põnev."
Galvard, kes asutas Harvardi interdistsiplinaarse Black Hole Initiative (BHI), võrdles kujutise võimalikku mõju inglise teadlase Robert Hooke 1600. aastatel tehtud jooniste omaga. Need illustratsioonid näitasid inimestele, kuidas putukad ja taimed mikroskoobi kaudu välja näevad.
"See avas maailma," rääkis Galison Hooke loomingust.
Maa suurus on teleskoop
EHT on enam kui 200 teadlase konsortsium, mis on olnud töös umbes kaks aastakümmet. See on tõeliselt rahvusvaheline ettevõtmine; aastate jooksul on rahastanud USA Riiklik Teadusfond ja paljud teised organisatsioonid kogu maailmas.
Projekt sai oma nime musta augu kuulsast tagasitulekupunktist - piirist, millest kaugemale midagi, isegi mitte valgust, ei pääse objekti gravitatsioonilisest sidurist.
"Sündmuse horisont on ülim vanglamüür," rääkis Space.com-ile BHI asutajaliige Avi Loeb, Harvardi astronoomiaosakonna juhataja. (Loeb ei kuulu EHT meeskonda.) "Kui olete kohal, ei saa te kunagi välja tulla."
Seetõttu on musta augu sisemust võimatu pildistada, kui ainult ei õnnestu sinna ise sisse pääseda. (Muidugi ei saanud teie ja teie pildid seda välismaailma tagasi viia.)
Niisiis, EHT kujutab sündmuse silmapiiri, kaardistades musta augu tumeda silueti. (Kiiresti liikuva gaasi ketas, mis keerleb ümber ja mustadesse aukudesse, eraldab palju kiirgust, nii et sellised siluetid paistavad silma.)
"Otsime footonite kadu," ütles EHT teadusnõukogu liige Dan Marrone, Arizona ülikooli astronoomia dotsent Space.com-ile.
Projektis on kontrollitud kahte musta auku - M87 behemotti, mis mahutab Maa päikese massi umbes 6,5 miljardit korda, ja meie oma Linnutee galaktika keskset musta auku, mida tuntakse Amburi A * nime all. Viimati nimetatud objekt, ehkki see on endiselt ülivõimas must auk, on M87 metsalisega võrreldes põrm, mis sisaldab kõigest 4,3 miljonit päikesemassi.
Mõlemad objektid on Maast tohutu kauguse tõttu rasked sihtmärgid. Ambur A * asub meist umbes 26 000 valgusaasta kaugusel ja M87 must auk on ilmatu 53,5 miljoni valgusaasta kaugusel.
Meie vaatenurgast on Amburi A * sündmuste horisont "nii väike, et see võrdub kuusel oranži nägemise või New Yorgis istudes Los Angelese ajalehe lugemise võimalusega," ütles Doeleman eelmise kuu SXSW sündmus.
Ükski maakera teleskoop ei saa seda vaatlust teha, nii et Doeleman ja ülejäänud EHT meeskond pidid olema loovad. Teadlased on ühendanud raadioteleskoobid Arizonas, Hispaanias, Mehhikos, Antarktikas ja mujal maailmas, moodustades Maa suuruse virtuaalse instrumendi.
Nii palju andmeid
EHT meeskond on seda megaskoopi kasutanud, et uurida kahe ülipossiivse musta auku kahe nädala pikkuse sirutuse jooksul - üks kord 2017. aasta aprillis ja jälle järgmisel aastal. Uus pilt on pärit esimesest vaatluskäigust.
On mõjuvaid põhjuseid, miks projekti esimese tulemuse ilmumiseks kulub kaks aastat. Esiteks genereeris igal vaatlusõhtul umbes 1 petabaiti andmeid, mille tulemuseks oli selline vedamine, et meeskond peab oma teabe vanast ajast teise viima.
"Pole mingil viisil võimalik neid andmeid Interneti kaudu edastada," ütles EHT-i projekti teadlane Dimitrios Psaltis, Arizona ülikooli astronoomiaprofessor SXSW üritusel. "Tegelikult võtame oma kõvakettad ja FedExi need ühest kohast teise. See on palju kiirem kui ükski kaabel, mida te iial leiate."
See aeglustab ja raskendab muidugi analüüsi. Näiteks Lõunapooluse lähedal asuva EHT ulatuse andmed ei pääsenud Antarktikast välja 2017. aasta detsembris, kui lennukid olid sisse- ja väljalendudeks piisavalt soojad, teatas Marrone.
Andmete korrelatsioon ja kalibreerimine oli samuti keeruline, lisas ta. Ja meeskond oli selle tööga väga ettevaatlik, arvestades leiu silmapaistvat olemust.
"Kui kavatsete esitada suure nõude musta auku kuvamiseks, peavad teil olema suured tõendid, väga tugevad tõendid," ütles Doeleman SXSW üritusel (mis oli EHT pingutuse selgitaja, kuid ei teatanud) kõik tulemused).
"Ja meie projekti puhul arvame sageli, et sellised inimesed nagu [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [ja Karl] Schwarzschild vaatavad omamoodi üle meie õlgade," lisas ta, viidates füüsikutele, kes aitasid pioneeril meie arusaamist mustadest aukudest. "Ja kui teil on valgustite abil oma tööd praktiliselt kontrollitud, siis tahate seda tõesti õigesti saada."
Mida see kõik tähendab
EHT-projektil on Psaltise sõnul kaks peamist eesmärki: kujutada sündmushorisonti esimest korda ja aidata kindlaks teha, kas Einsteini üldrelatiivsusteooria vajab muudatusi.
Enne Einsteini tulekut peeti gravitatsiooni üldiselt müstiliseks jõuks eemalt. Kuid üldrelatiivsusteooria kirjeldab seda kui aegruumi väändumist: massiivsed objektid, nagu näiteks planeedid, tähed ja mustad augud, loovad aegruumis omamoodi nõtke, sama palju kui keeglikuul, kui see asetatakse batuudile. Lähedal asuvad objektid järgivad seda kõverat ja suunatakse keskmassi poole.
Üldrelatiivsus on sajandi jooksul selle kehtestamisest alates uskumatult hästi püsinud, läbides kõik katsed, mille teadlased sellele on visanud. Kuid EHT tähelepanekud pakuvad veel ühte katset äärmuslikus valdkonnas, kus ennustused ei pruugi tegelikkusega ühtida. Selle põhjuseks on asjaolu, et astronoomid saavad üldrelatiivsusteooria abil arvutada sündmuse horisondi eeldatava suuruse ja kuju, selgitas Psaltis.
Kui vaadeldav siluett sobib teooriapõhiste simulatsioonidega, "siis oli Einsteinil 100% õigus", ütles Psaltis. "Kui vastus on eitav, siis peame tema teooriat näpistama, et panna see katsetega tööle. Nii läheb teadus."
Ja saime täna teada, et vähemalt praegu pole mingeid tõmblusi vaja: EHT M87 tähelepanekud on kooskõlas üldrelatiivsusega, ütlesid meeskonna liikmed. Nimelt on sündmushorisont peaaegu ümmargune ja on selle tohutu massi musta augu jaoks "õige suurus".
"Pean tunnistama, olin pisut jahmunud, et see vastas nii täpselt meie ennustustele," ütles EHT meeskonna liige Avery Broderick Waterloo ülikoolist ja Kanada Teoreetilise Füüsika Perimeetri Instituudist tänasel pressikonverentsil. .
Selline maapealne uurimine on loomulikult teadusliku protsessi jaoks ülioluline. Loe sõnul on EHT üks suuremaid panuseid parema teabe pakkumisel teooriatesse ja simulatsioonidesse sisenemiseks.
"Füüsika tegemine on dialoog loodusega," ütles ta. "Testime oma ideid, võrreldes neid katsetega; eksperimentaalsed andmed on üliolulised."
Uued tulemused peaksid aitama ka teadlastel mustade aukude paremat käsitlemist, ütlesid tema ja teised teadlased. Näiteks EHT-kujutised paistavad tõenäoliselt märkimisväärset valgust sellele, kuidas gaasi spiraalid langevad musta auku. Sellest akretsiooniprotsessist, mis võib viia võimsate kiirgusjugade tekkeni, on halvasti aru saadud, ütles Loeb.
Lisaks võib sündmuse horisondi kuju paljastada, kas must auk keerleb, ütles NASA musta augu uurimise peauurija Fiona Harrison California tehnoloogiainstituudist Tuumaspektroskoopilise teleskoobi massiiv (NuSTAR) missioon.
"Oleme mustade aukude keerutamise kaudselt järeldanud," rääkis Harrison, kes ei kuulu EHT meeskonda, Space.com-ile. EHT-kujutised pakuvad "otsest testi, mis on väga põnev", lisas ta.
EHT andmetest selgus, et M87 must auk keerleb päripäeva, teatasid meeskonna liikmed täna.
Projekt peaks näitama ka seda, kuidas mateeria jaotub musta augu ümber. EHT vaatlused võiksid lõpuks astronoomidele palju õpetada, kuidas ülimassiivsed mustad augud kujundavad nende vastuvõtvate galaktikate arengut pikaajaliselt, ütles Harrison.
Ka EHT tulemused on hästi võrdsed Laserinterferomeetri gravitatsioonilainete vaatluskeskus (LIGO), mis on tuvastanud vaid paarkümmend korda päikesest massiivsemate mustade aukudega ühinemiste käigus tekkiva kosmose ja aja veetmise.
"Vaatamata erinevustele massiteguri miljardis, on teadaolevad mustad augud kõik ühtse kirjeldusega kooskõlas," ütles Broderick täna. "Suured ja väikesed mustad augud on olulistel viisidel analoogsed. See, mida me ühelt [tüübilt] õpime, kehtib tingimata ka teise kohta."
Ja kui sa mõtled Amburi A * üle: EHT-meeskond loodab peagi saada kujutised sellest ülivõimas mustast august, ütles Doeleman täna. Teadlased vaatasid kõigepealt M87 ja seda on pisut lihtsam lahendada kui Amburit A *, kuna see on vähem muutlik lühikese aja jooksul, selgitas ta.
Uus vaatenurk?
Siis on äsjailmunud piltide laiem pöördumine - kuidas see räägib neist meist, kes pole astrofüüsikud.
EHT-i meeskonna liikmed ja välised teadlased ütlesid, et selle valdkonna panus võib olla märkimisväärne. Fotod võivad muuta seda, kuidas mõtleme endast ja oma kohast universumis, märkis Marrone, viidates Apollo 8 astronaudi Bill Andersi poolt 1968. aasta detsembris tehtud kuulsale fotole "Earthrise". See pilt, mis andis massidele pilgu meie planeedile kui see on tõepoolest - elu üksildane eelpost lõpmatus pimeduse meres -, mida tunnustatakse keskkonnaliikumise ergutamisel.
Päris elus musta augu - või selle silueti nägemine - nägemine on ulme, "ütles Harrison. Ja me nägime vaid projekti paari esimest fotot, lisas ta: "Neil läheb ainult paremaks."
- Astronoomid saavad horisontaalteleskoobiga esimest korda musta auku liikuda
- See tohutu must auk keerleb poole valguse kiirusel!
- 8 Astronoomia müsteeriumid
Mike Walli raamat võõra elu otsingutest "Seal väljas"(Grand Central Publishing, 2018; illustreerinud Karl Tate), on nüüd väljas. Jälgi teda Twitteris @michaeldwall. Jälgi meid Twitteris @Spacedotcom või Facebook.
