Rahvusvaheline raadioteleskoopide võrk on koostanud esmakordselt musta augu varjust lähivõtete pildi, mille teadlased paljastasid täna hommikul (10. aprillil). Event Horizon Telescope nimega koostöö kinnitas aastakümnete pikkuseid ennustusi selle kohta, kuidas valgus nende tumedate objektide ümber käitub, ning pani aluse musta augu astronoomia uuele ajastule.
"Skaalast null kuni hämmastav oli see hämmastav," ütles Emory ülikooli astrofüüsik ja musta augu uurija Erin Bonning, kes polnud pildistamise tööga seotud.
"Seda öeldes, just seda ma ootasin," rääkis naine Live Science'ile.
Ligikaudu poolteist nädalat ette kiusanud teadaanne suutis olla nii uskumatult põnev kui ka peaaegu täielikult üllatavate üksikasjade või uue füüsikata. Füüsika ei lagunenud. Mustade aukude ootamatuid tunnuseid ei paljastunud. Pilt ise sobis peaaegu ideaalselt mustade aukude illustratsioonidega, mida oleme harjunud nägema teaduses ja popkultuuris. Suur erinevus on see, et see on palju hägune.
Mustade aukudega oli seotud mitu olulist küsimust, mis jäid siiski lahendamata, ütles Bonning.
Kuidas tekitavad mustad augud nende tohutu kuuma, kiire aine joad?
Kõigil ülimassiivsetel mustadel aukutel on võime närima lähedalasuvat ainet, absorbeerida suurem osa sellest oma sündmuste horisondist kaugemale ja sülitada ülejäänud osa kosmosesse peaaegu valguse kiirusel lõõskavates tornides, mida astrofüüsikud nimetavad "relativistlikeks joadeks".
Ja Neitsi A keskmes asuv must auk (mida nimetatakse ka Messier 87-ks) on kurikuulus oma muljetavaldavate joade, spektrimaterjali ja kiirguse kaudu kogu kosmoses. Selle relativistlikud joad on nii suured, et nad pääsevad ümbritsevast galaktikast täielikult.
Ja füüsikud teavad, kuidas see juhtub: Lühike kiirus saavutab materjali kiiruse, kui see langeb musta auku gravitatsiooni, seejärel pääseb osa sellest, säilitades selle inertsuse. Kuid teadlased pole selle üksikasjade osas eriarvamusel. See pilt ja sellega seotud paberid ei paku veel üksikasju.
Selle välja mõeldes tuleb Bonningi sõnul ühendada Event Horizonsi teleskoobi vaatlused - mis hõlmavad üsna vähe ruumi - relativistlike joade palju suuremate piltidega.
Ehkki füüsikutel vastuseid veel pole, on tema sõnul suur tõenäosus, et nad varsti kohale jõuavad - eriti kui koostöö loob pildid teisest sihtmärgist: ülimenukas must auk Ambur A * meie enda galaktika keskmes, mis ei tekita selliseid reaktiivlennukeid nagu Neitsi A. Kahe pildi võrdlemine võib tema sõnul pakkuda selgust.
Kuidas sobivad kokku üldrelatiivsus ja kvantmehaanika?
Kui füüsikud saavad kokku, et rääkida tõeliselt põnevast avastusest, võite oodata, et kuulete kedagi soovitamas, et see võib aidata selgitada "kvantgravitatsiooni".
Sellepärast, et kvantgravitatsioon on füüsikas suur tundmatu. Umbes sajandi vältel on füüsikud töötanud kahe erineva reeglistiku abil: üldrelatiivsus, mis hõlmab väga suuri asju, nagu gravitatsioon, ja kvantmehaanika, mis hõlmab väga väikeseid asju. Probleem on selles, et need kaks eeskirja on üksteisega otseselt vastuolus. Kvantmehaanika ei suuda selgitada gravitatsiooni ja relatiivsus ei suuda selgitada kvantkäitumist.
Ühel päeval loodavad füüsikud neid kahte siduda suurejoonelises ühtses teoorias, hõlmates tõenäoliselt mingisugust kvantgravitatsiooni.
Ja enne tänast teadet spekuleeriti, et see võib sisaldada teatavat läbimurret sellel teemal. (Kui üldrelatiivsusteaduste ennustusi poleks pildil kantud, oleks see palli edasi viinud.) National Science Foundationi uudistetoimetuse ajal Kanadas Waterloo ülikooli füüsik ja kaastöötaja Avery Broderick projekti kohta, soovitas selliseid vastuseid saada.
Kuid Bonning oli selle väite suhtes skeptiline. See pilt oli üldrelatiivsusteooria seisukohast täiesti üllatav, nii et see ei pakkunud uut füüsikat, mis võiks kahe lõhe vahelist tühimikku sulgeda, ütles Bonning.
Siiski pole hullu, et inimesed loodavad vastustele just sedalaadi tähelepanekute põhjal, sest musta augu varju serv viib relativistlikud jõud pisikestesse, kvantisuurustesse ruumidesse.
"Me ootaksime kvantgravitatsiooni nägemist väga, väga lähedal sündmuse horisondi või väga-väga varakult universumi alguses," ütles ta.
Kuid Event Horizonsi teleskoobi endiselt häguse eraldusvõime korral ei leia me sellist tüüpi efekte tõenäoliselt isegi siis, kui kavandatud versiooniuuendused saabuvad.
Kas Stephen Hawkingi teooriad olid sama õiged kui Einsteini teooriad?
Füüsik Stephen Hawkingi suurim karjääri algne panus füüsikasse oli "Hawkingi kiirguse" idee - et mustad augud ei ole tegelikult mustad, vaid kiirgavad aja jooksul väikeses koguses kiirgust. Tulemus oli tohutult oluline, sest see näitas, et kui must auk lakkab kasvamast, hakkab see energiakaotusest väga aeglaselt kahanema.
Kuid ürituse horisondi teleskoop seda teooriat ei kinnitanud ega eitanud, ütles Bonning, et mitte keegi ei oodanud seda.
Tema sõnul kiirgavad hiiglaslikud mustad augud, nagu Neitsi A, nende üldise suurusega võrreldes minimaalselt Hawkingi kiirgust. Ehkki meie kõige arenenumad instrumendid suudavad nüüd tuvastada nende sündmuste horisondi eredaid tulesid, pole tõenäoline, et need kunagi ülimaitsva musta augu pinna ülima hämara kuma kipuvad.
Need tulemused tulevad tema sõnul tõenäoliselt kõige väiksematest mustadest aukudest - teoreetilistest lühiajalistest objektidest, mis on nii väikesed, et võiksite kogu nende sündmuste horisondi enda kätte varjata. Võimalus teha lähedasi vaatlusi ja saada palju rohkem kiirgust, võrreldes nende üldise suurusega, võib inimene lõpuks välja mõelda, kuidas seda tekitada või leida ja selle kiirgust tuvastada.
Mida me sellest kuvandist tegelikult õppisime?
Esiteks said füüsikud taas teada, et Einsteinil oli õigus. Varju serv, niipalju kui sündmuse horisondi teleskoop võib näha, on täiuslik ring, täpselt nagu ennustasid 20. sajandi füüsikud Einsteini üldrelatiivsusteooria võrranditega.
"Ma ei usu, et keegi peaks olema üllatunud, kui järjekordne üldrelatiivsuse test läbi saab," sõnas Bonning. "Kui nad oleksid laval kõndinud ja öelnud, et üldine relatiivsus on katki läinud, oleksin ma oma toolilt maha kukkunud."
Tema sõnul oli vahetu ja praktilise tähendusega tulemus see, et pilt võimaldas teadlastel täpselt mõõta selle ülimadala musta augu massi, mis asub Virgo A galaktika keskmes 55 miljoni valgusaasta kaugusel. See on 6,5 miljardit korda massiivsem kui meie päike.
See on suur asi, ütles Bonning, sest see võib muuta viisi, kuidas füüsikud kaaluvad ülimaitsvaid musti auke teiste, kaugemate või väiksemate galaktikate südames.
Praegu on füüsikutel üsna täpne täpselt Linnutee keskmes oleva supermassiivse musta augu massi mõõtmine, ütles Bonning, sest nad saavad jälgida, kuidas selle gravitatsioon liigutab üksikuid tähti naabruses.
Kuid teistes galaktikates ei näe meie teleskoobid üksikute tähtede liikumist, ütles ta. Nii et füüsikud on jämedamate mõõtmistega kinni: kuidas mõjutab musta augu mass galaktika erinevatest tähekihtidest tulevat valgust või kuidas selle mass mõjutab galaktikas vabalt ujuva gaasi erinevatest kihtidest tulevat valgust.
Kuid need arvutused on ebatäiuslikud, ütles ta.
"Peate modelleerima väga keeruka süsteemi," ütles ta.
Ja need kaks meetodit annavad kõigis galaktikate füüsikute tähelepanekutes mõnevõrra erinevad tulemused. Kuid vähemalt Neitsi A musta augu jaoks teame nüüd, et üks meetod on õige.
"Meie 6,5 miljardi päikeseenergia määramine lõpeb maandamisega raskema massi määramise kohalt," ütles Sere Markoff, Amsterdami ülikooli astrofüüsik ja projekti kaastöötaja uudiste briifingul.
See ei tähenda, et füüsikud hakkaksid musta augu masside mõõtmiseks lihtsalt seda lähenemisviisi kasutama, ütles Bonning. Kuid see pakub olulist andmepunkti edasiste arvutuste täpsustamiseks.
