Meie öötaeva suurim objekt - kaugelt! - on meile nähtamatu. Objekt on meie Linnutee galaktika keskmes asuv ülimassiivne must auk (SMBH), nimega Ambur A. Kuid varsti võib meil olla pilt Amburi A sündmushorisondist. Ja see pilt võib olla väljakutseks Einsteini üldise relatiivsusteooria teooriale.
Keegi pole kunagi näinud musta augu sündmuste horisonti. Intensiivne gravitatsiooniline tõmme takistab millegi, isegi valguse, põgenemist. Sündmuse horisont on tagasituleku punkt. Pole tähtis, ei valgust ega teavet ei pääse. Kuid tänu sündmuse horisondi teleskoobile (EHT) võime Sagittarius A sündmushorisondist pildi saada.
EHT on rahvusvaheline koostöö, mille eesmärk on uurida musta augu vahetut ümbrust. See pole üks teleskoop, vaid pigem ühendatud raadioteleskoopide süsteem kogu maailmas, mis kõik töötavad koos interferomeetria abil. Mõõtes elektromagnetilist energiat musta auku ümbritsevast piirkonnast mitme raadiosaatjaga mitmes kohas, võib tuletada mõne allika omadusi.
EHT-ga teadlased loodavad, et nende tähelepanekud annavad lõpuks pilte intensiivsetest gravitatsiooniefektidest, mida me eeldame musta augu läheduses nähtavat. Samuti loodavad nad avastada osa augu lähedal toimuvast dünaamikast, kuna akretsiooni ketta orbiidil olev aine jõuab relativistliku kiiruseni.
EHT projekt kogus nelja aasta jooksul andmeid Amburi A ja ühe teise musta auku nimega M87 kohta Neitsi A galaktika keskel. See neli aastat lõppes 2017. aasta aprillis, kuid 200 teadlase ja inseneri meeskond analüüsib andmeid endiselt. Vahepeal on meeskond avaldanud arvutimudelite pildid sellest, mida nad loodavad näha.
Pilt ei pruugi tunduda kuigi palju, kuid see on märkimisväärne. See on samaväärne ajalehe pealkirja lugemisega Kuul Maa peal seistes. Pilt võib aidata meil vastata mõnele segasele mustade aukudega seotud küsimusele:
- Millist rolli mängisid galaktikate moodustamisel mustad augud?
- Kuidas näeb valgus ja mate välja, kui nad kukuvad musta augu poole?
- Millised on energiavood, mis tekivad mustadest aukudest?
On ka võimalus, et pilt, mida EHT tekitab Ambur A-st, tähendab, et Einsteini üldise relatiivsusteooria teooriat tuleb värskendada. (Kuigi Einsteini vastu on tavaliselt kihla vedada.)
Mustad augud ja sündmuste horisont
Mustad augud on põhimõtteliselt tähe laip. Kui väga massiivne täht kogu oma kütuse läbi põleb, kukub see kokku äärmiselt tihedaks punktiks ehk singulaarsuseks. Mustal augul on uskumatult võimas gravitatsiooniline tõmme, mis tõmbab gaasi ja tolmu selle poole. Umbes iga 10 000 aasta järel tarbib Ambur A isegi tähte.
Sündmuse horisont on nagu kest musta augu ümber. Kui mõni asi - või isegi kerge - jõuab sündmuse horisondini, on see mäng läbi. Musta augu suurus kasvab, kuna see tarbib ainet, ja laieneb ka sündmuste horisont.
Ambur A, meie enda supermassiivne must auk (SMBH), on tohutu. Selle mass on 4 miljonit korda suurem kui Päikesel. Kuid isegi siis pole see teiste SMBH-dega võrreldes nii suur. EHT-i projekti teine SMBH on palju suurem, päikese mass on 7 miljardit korda suurem.
EHT loob sündmuse horisondi pildi, uurides musta augu ümbritsevat ala. Materjaliga juhtub midagi, kui see kukub musta auku. See moodustab keerduva gaasi ja tolmu kogumisketta, mis on põhimõtteliselt hoidemustris, kuni see auku imetakse. See materjal kiireneb relativistliku kiiruseni, mis tähendab, et valguskiirus on lähedal. Kui see juhtub, kuumutatakse materjal üle ja see eraldab energiat.
Kuid must auk on gravitatsiooniliselt nii võimas, et painutab seda valgust nähtuses, mida nimetatakse gravitatsiooniläätsedeks. See lääts loob tumeda piirkonna, mida nimetatakse musta augu varju. Teooria kohaselt peaks sündmuste horisont olema umbes 2,5 korda suurem kui vari. Nii et kui teadlastel on pilt varjust, teavad nad sündmushorisondi suurust. Sündmuse horisondi suurus on võrdeline musta augu massiga. Nii et Amburi A puhul peaks selle läbimõõt olema umbes 24 miljonit km (15 miljonit miili).
Nii et mustast august endast ei tehta ühtegi pilti, kuid on ka varju, mille must auk heidab. Teaduslikult on see suur hüpe meie mõistmisel mustade aukude kohta. Ja kui on kahtlusi mustade aukude olemasolul, pakub varjukujutus kindlaid tõendeid selle kohta, et mustad augud on tõesti olemas.
EHT ja reaktiivlennukid
Vaatamata Amburi A tohutule suurusele, on see taevas pisike. See on ühe teleskoobi nägemiseks liiga väike. Seetõttu rakendati EHT. See ühendab 7 eraldiseisvat raadioteleskoopi kogu maailmas üheks suureks virtuaalseks teleskoobiks, kasutades tehnikat, mida nimetatakse väga pikaks algtaseme interferomeetriaks (VLBI), mida astronoomiapuhvrid tunnevad. Virtuaalsel teleskoobil on palju suurem eraldusvõime kui ühel ulatusel ja see võimaldas astronoomidel uurida Sgril asuvat piirkonda. A.
Ühenädalase perioodi vältel 2017. aasta aprillis osutas EHT meeskond kõigile oma seitsmele ulatusele Sgr A-s ja seitse aatomkella registreerisid signaalide saabumise aja igasse teleskoobi. Signaale uurides ja ühendades saavad teadlased luua pildi Sgr A-st. See on aeganõudev protsess, mis kestab.
Musta augu lähedusest voolavad energeetilised joad pakuvad uurijatele erilist huvi. Musta augu akrüülketta ümber tiirlev asi kuumeneb miljardeid kraadi. Osa sellest siseneb musta auku, kuid mitte kõik.
Energeetilised joad on osa, mis pääseb akretsiooniketasest. Nad liiguvad valguse kiiruse lähedal kümnete tuhandete valgusaastate jooksul. Teadlased tahavad neist rohkem teada saada.
Kui tegemist on Sgr. A, me ei tea, kas seal on joad. See pole paaril viimasel aastakümnel eriti aktiivne olnud, seega ei pruugi joad olla. Kuid kui nad on kohal, võtab EHT sealt raadiosignaale. Siis võime saada vastused mõnele lennukitega seotud põhiküsimusele:
- Kuidas nad algavad?
- Kuidas nad kiirendavad relativistlikele kiirustele?
- Kuidas nad püsivad tihedalt keskendunud?
- Mis neist täpselt tehtud on?
Kas Einsteini üldise relatiivsusteooria on hädas?
Ilmselt mitte. Kuid võimalus on olemas.
Suurem osa meie Päikesesüsteemist on üsna proosaline, tööpäevane koht. Ja just siit pärineb enamik meie vaatluslikke tõendeid, mis toetavad üldist relatiivsust. Kuid musta augu ümbritsev piirkond pole tavaline naabruskond.
Sealsed tingimused on äärmuslikud. Intensiivne gravitatsioon, valguse kiiruse ja sündmuse horisondi lähedal liikuvad materjali ülekuumendatud joad. Kuid üldise relatiivsuse osas on see enamasti seotud gravitatsiooni ja valgusega.
Üldine relatiivsus ennustab, et musta augu raskusjõud kõverdab ruumi aega ja tõmbab kõik selle poole, sealhulgas ka valgust. EHT kogutud andmed pakuvad selle nähtuse mõõtmisi, mida saab võrrelda Einsteini ennustustega. Kui andmed vastavad ennustustele, võidab Einstein uuesti.
Üldine relatiivsus näitab veel üht ennustust: akrüülketta vari peaks olema ümmargune. Kui see pole ümmargune ja on pigem munakujuline, pole üldrelatiivsuse valemid täiesti täpsed.
John Wardle on astronoom, kes on uurinud mustaid auke aastakümneid, tagasi, kui need olid alles teoreetiline konstruktsioon. Ta on tihedalt seotud EHT projektiga. Wardle arvab, et üldine relatiivsus seisab selle testi ees ja Einstein võidab taas. Kuid kui üldine relatiivsus see test ebaõnnestub, leiame end väga keerulises ja kummalises olukorras.
"Siis on meil raske sirge jope, sest te ei saa teha muudatusi, mis segavad kõiki teisi töötavaid bitti," ütles Wardle. "See oleks väga põnev."
- Brandeise ülikooli pressiteade: "Kuidas näeb välja must auk?"
- Ürituse horisondi teleskoop
- Vikipeedia kanne: interferomeetria
- Vikipeedia kanne: sündmuste horisont
