Еврика! Учените снимат черна дупка за първи път

Телескопът Event Horizon, мащаб от осем наземни радиотелескопа, създаден чрез международно сътрудничество, засне този образ на свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката M87 и нейната сянка.

Телескопът Event Horizon, мащаб от осем наземни радиотелескопа, създаден чрез международно сътрудничество, засне този образ на свръхмасивната черна дупка в центъра на галактиката M87 и нейната сянка. (Изображение кредит: EHT Collaboration)





Черните дупки най -накрая бяха извлечени от сенките.

За първи път човечеството е заснело един от тези неуловими космически зверове, осветяващ екзотична сфера на пространството-време, която отдавна е била извън нашия кен.

„Видяхме това, което смятахме за невидимо“, каза днес (10 април) по време на пресконференция в Националния пресклуб във Вашингтон, Шепърд Доулеман от Харвардския университет и Харвард-Смитсоновския център за астрофизика.



Свързани: Какво точно представлява хоризонтът на събитията с черна дупка (и какво се случва там)?

Доелеман ръководи Хоризонтски телескоп на събитието (EHT) проект, който улавя епичните образи. Тези четири снимки, които бяха представени днес на пресконференции по целия свят и в поредица от публикувани статии, очертават контурите на чудовищната черна дупка, дебнеща в сърцето на елиптичната галактика M87.

Образите са поразителни сами по себе си. Но още по -значима е следата, която новите резултати вероятно ще пламнат, казват изследователите.



„Наистина има ново поле за изследване“, казва Питър Галисън, професор по физика и история на науката в Харвард. разговор по EHT миналия месец на фестивала South by Southwest (SXSW) в Остин, Тексас. 'И това е най -вълнуващото в това отношение.'

Галисън, който е съосновател на интердисциплинарната инициатива за черна дупка на Харвард (BHI), сравнява потенциалното въздействие на изображението с това на рисунките, направени от английския учен Робърт Хук през 1600-те години. Тези илюстрации показаха на хората как изглеждат насекомите и растенията чрез микроскоп.

„Това отвори свят“, каза Галисън за работата на Хук.



Телескоп с размерите на Земята

EHT е консорциум от повече от 200 учени, който работи в продължение на около две десетилетия. Това е наистина международно начинание; финансирането през годините идва от Националната научна фондация на САЩ и много други организации в страни по света.

Проектът носи името си от известната точка на черна дупка, от която няма връщане - границата, зад която нищо, дори светлината, не може да избяга от гравитационните лапи на обекта.

„Хоризонтът на събитията е най -добрата стена на затвора“, каза за guesswhozoo.com директорът -основател на BHI Ави Льоб, председателят на катедрата по астрономия в Харвард. (Loeb не е част от екипа на EHT.) „След като влезете, никога няма да можете да излезете.“

Следователно е невъзможно да се снима вътрешността на черна дупка, освен ако по някакъв начин не успеете сами да влезете там. (Вие и вашите снимки не можете да се върнете във външния свят, разбира се.)

И така, EHT изобразява хоризонта на събитията, очертавайки тъмния силует на черната дупка. (Дискът с бързо движещ се газ, който се върти около и в черни дупки, излъчва много радиация, така че такива силуети се открояват.)

„Търсим загубата на фотони“, каза членът на научния съвет на EHT Дан Мароун, доцент по астрономия в Университета на Аризона, пред guesswhozoo.com.

Проектът проучва две черни дупки - гигантът M87, който приютява около 6,5 милиарда пъти масата на земното слънце, и централната черна дупка на нашата галактика Млечен път, известна като Стрелец А* . Този последен обект, макар и все още свръхмасивна черна дупка, е рунт в сравнение с звяра на M87, съдържащ само 4,3 милиона слънчеви маси.

И двата обекта са трудни цели поради огромното си разстояние от Земята. Стрелец А* се намира на около 26 000 светлинни години от нас, а черната дупка на М87 е на огромни 53,5 милиона светлинни години от нас.

От наша гледна точка хоризонтът на събитията на Стрелец А*е толкова малък, че е еквивалент на това да видиш портокал на Луната или да можеш да четеш вестника в Лос Анджелис, докато седиш в Ню Йорк “, каза Доулеман по време на събитието SXSW миналия месец.

Нито един телескоп на Земята не може да направи това наблюдение, така че Doeleman и останалата част от екипа на EHT трябваше да проявят творчество. Изследователите са свързали радиотелескопи в Аризона, Испания, Мексико, Антарктида и други места по света, образувайки виртуален инструмент с размерите на Земята.

Свързани: Изображения: Черни дупки на Вселената

Толкова много данни

Екипът на EHT е използвал този мегаскоп, за да изследва двете свръхмасивни черни дупки за две седмични участъци досега - веднъж през април 2017 г. и отново следващата година. Новите изображения идват от първия наблюдателен цикъл.

Има добри причини, поради които са необходими две години, за да излезе първият резултат от проекта. От една страна, всяка нощ на наблюдение генерира около 1 петабайт данни, което води до такова изтегляне, че екипът трябва да премести информацията си от място на място по старомодния начин.

'Няма начин да прехвърлим тези данни чрез интернет', каза ученият по проекта EHT Димитриос Псалтис, професор по астрономия в Университета на Аризона, на събитието SXSW. „И така, това, което всъщност правим, е, че вземаме нашите твърди дискове и ги FedEx от място на място. Това е много по -бързо от всеки кабел, който някога можете да намерите.

Това забавя и усложнява анализа, разбира се. Данните от обхвата на EHT близо до Южния полюс например не можеха да слязат от Антарктида до декември 2017 г., когато беше достатъчно топло, за да могат самолетите да влизат и излизат, каза Мароун.

Съпоставянето и калибрирането на данните също беше сложно, добави той. Екипът полага много грижи за тази работа, предвид важния характер на находката.

„Ако ще дойдете с голямо твърдение за изобразяване на черна дупка, трябва да имате големи доказателства, много силни доказателства“, каза Доулеман на събитието SXSW (което служи като обяснител за усилията на EHT, но не обяви някакви резултати).

„И в нашия проект често си мислим, че хора като [Алберт] Айнщайн, [Артър] Едингтън [и Карл] Шварцшилд гледат над раменете ни“, добави той, позовавайки се на физици, които помогнаха да се разбере нашето разбиране за черните дупки. 'И когато имате светила, които на практика проверяват работата ви, наистина искате да я оправите.'

Свързани: Най -странните черни дупки във Вселената

Симулирано изображение от Университета на Аризона показва бурната плазма в екстремната среда около свръхмасивна черна дупка.

Симулирано изображение от Университета на Аризона показва бурната плазма в екстремната среда около свръхмасивна черна дупка.(Изображение кредит: Университет на Аризона)

Какво означава всичко това

Проектът EHT има две основни цели, каза Псалтис: да се изобрази хоризонт на събитията за първи път и да се помогне да се определи дали теорията на Айнщайн за общата относителност се нуждае от някакви ревизии.

Преди да дойде Айнщайн, гравитацията обикновено се смяташе за мистериозна сила от разстояние. Но общата теория на относителността го описва като изкривяване на пространството-време: Масивните обекти като планети, звезди и черни дупки създават нещо като провисване в пространството-време, подобно на топка за боулинг, ако се постави на батут. Близки обекти следват тази крива и се насочват към централната маса.

Общата теория на относителността се държи невероятно добре през века от въвеждането й, преминавайки всеки тест, който учените са й подложили. Но наблюденията на EHT осигуряват друго изпитание, в крайно царство, където прогнозите може да не съвпадат с реалността. Това е така, защото астрономите могат да изчислят очаквания размер и форма на хоризонт на събития, използвайки обща теория на относителността, обясни Псалтис.

Ако наблюдаваният силует съвпада с теоретично информираните симулации, „тогава Айнщайн е бил 100% прав“, каза Псалтис. „Ако отговорът е не, тогава трябва да оправим теорията му, за да я накараме да работи с експерименти. Ето как върви науката. “

Днес научихме, че не са необходими ощипвания, поне в момента: наблюденията на M87 на EHT са в съответствие с общата теория на относителността, казаха членовете на екипа. А именно, хоризонтът на събитията е почти кръгъл и е „правилния“ размер за черна дупка с тази огромна маса.

„Трябва да призная, бях малко зашеметен, че съвпада толкова много с прогнозите, които направихме“, каза по време на днешната пресконференция членът на екипа на EHT Ейвъри Бродерик от Университета във Ватерло и Периметърския институт за теоретична физика в Канада .

Разбира се, подобно истинско основание е от жизненоважно значение за научния процес. Всъщност предоставянето на по -добра информация, която да се използва в теории и симулации, вероятно ще бъде един от най -големите приноси на EHT, каза Лоб.

„Правенето на физика е диалог с природата“, каза той. „Ние тестваме нашите идеи, като ги сравняваме с експерименти; експерименталните данни са от решаващо значение. “

Новите резултати също трябва да помогнат на учените да се справят по -добре с черните дупки, каза той и други изследователи. Например, изображенията на EHT вероятно ще осветят значителна светлина върху това как газът се спира надолу в челюстта на черна дупка. Този процес на натрупване, който може да доведе до генериране на мощни струи радиация, е слабо разбран, каза Лоб.

В допълнение, формата на хоризонт на събитията може да разкрие дали се върти черна дупка, каза Фиона Харисън от Калифорнийския технологичен институт, главен изследовател на мисията за изследване на ядрените спектроскопични телескопи (NuSTAR) на НАСА.

„Непряко направихме извода на черните дупки“, каза Харисън, който не е част от екипа на EHT, пред guesswhozoo.com. Изображенията на EHT осигуряват „директен тест, който е много вълнуващ“, добави тя.

Данните на EHT разкриха, че черната дупка M87 се върти по часовниковата стрелка, казаха днес членовете на екипа.

Проектът трябва също да покаже как материята се разпределя около черна дупка, а наблюденията на EHT в крайна сметка биха могли да научат астрономите много за това как свръхмасивните черни дупки оформят еволюцията на техните галактики -гостоприемници в дългосрочен план, каза Харисън.

Резултатите на EHT също съвпадат добре с тези на Лазерната интерферометрова обсерватория на гравитационните вълни (LIGO), която е открила пространствено-времевите вълни, генерирани от сливания, включващи черни дупки само няколко десетки пъти по-масивни от слънцето.

'Въпреки че варират с фактор от милиард маса, всички известни черни дупки са в съответствие с едно -единствено описание', каза днес Бродерик. „Черните дупки, големи и малки, са аналогични по важни начини. Това, което научаваме от единия [тип], задължително се отнася и за другия. “

И в случай, че се чудите за Стрелец А*: Екипът на EHT се надява скоро да получи изображения на тази свръхмасивна черна дупка, каза днес Doeleman. Изследователите погледнаха първо M87 и той е малко по -лесен за разрешаване от Стрелец А*, защото е по -малко променлив в кратки срокове, обясни той.

Нова перспектива?

След това има по -широка привлекателност на новоиздадените изображения - как тя говори на тези от нас, които не сме астрофизици.

Приносът в тази арена може да бъде значителен, казаха членовете на екипа на EHT и външни учени. Снимките могат да променят начина, по който мислим за себе си и за мястото си във Вселената, отбеляза Мароун, цитирайки известната снимка „Изгрев на Земята“, направена от астронавта на Аполо 8 Бил Андерс през декември 1968 г. Това изображение, което даде на масите представа за нашата планета като наистина е така - самотен аванпост на живота в безкрайно море от тъмнина - е широко приписван като помагащ за стимулиране на екологичното движение.

Виждането на черна дупка в реалния живот-или нейният силует, така или иначе-„е материал на научната фантастика“, каза Харисън. И ние видяхме само първите няколко снимки на проекта, добави тя: „Те само ще се подобрят“.

Книгата на Майк Уол за търсенето на извънземен живот “ Навън “(Grand Central Publishing, 2018; илюстрирано от Карл Тейт ), е излязъл сега. Следвайте го в Twitter @michaeldwall . Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom или Facebook .