gov-civil-vilareal.ptLõpmatuse kaljult alla vaatamine: esimene pilt musta augu sündmuste horisondist
>Esmakordselt inimkonna ajaloos on astronoomid ühendanud kogu meie planeedi teleskoopide jõu, et luua pilt, mis näitab musta augu sündmuste horisonti.
Kogutud massiivi nimetatakse sündmuste horisondi teleskoop ja nelja öö jooksul 2017. aasta aprillis täheldas ta supermassiivne must auk M87 südames , elliptiline galaktika Neitsi kobaras, 55 miljoni valgusaasta kaugusel Maast.
See, mida nad nägid, on lõuatõmbav:
Supermassiivse musta augu sündmuste horisondi esimene pilt. See näitab musta augu siluetti, mille mass on 6,5 miljardit korda suurem kui Päikesel, mis asub galaktika M87 tuumas Maast 55 miljoni valgusaasta kaugusel. Krediit: NSF
Tahan siin olla väga ettevaatlik, kuna see pilt on natuke keerulisem kui lihtsalt valgusrõngas, mille keskel on must auk, ja selle taga olev füüsika on päris äge.
Selguse huvides ei näe te tegelikult musta auku ennast. See ringikujuline auk rõnga keskel ei ole must auk, vaid tegelikult selle raskusjõu mõju. Seda nimetatakse musta augu varjuks, kuid ma arvan, et see on pigem varjamisseade: gravitatsioon painutab valgust ümbritsevast materjalist, saadab selle meie poole, jättes tühimiku musta augu enda juurde. Võib -olla on parim viis seda kirjeldada kui siluett musta augu gravitatsioonist.
See video peaks andma teile mõju kohta ülevaate:
See, mis teile jääb, on sfääriline piirkond ruumis, kus selle sees ei pääse midagi välja. Selle sfääri pinda, kui nii mõelda, nimetatakse sündmuste horisont (sest kõik selle sees toimuvad sündmused on väljaspool teie silmapiiri ja neid ei saa näha). Aga just väljas gravitatsioon on intensiivne, kuid mitte võimatu. Footon, valguse osake, mis läheb selle piiri lähedale, kuid jääb sellest väljapoole, oma rada oluliselt painutab, kuid saab põgenema.
Sündmuste horisondi suurus sõltub musta augu massist. Kui teete matemaatikat - esmakordselt arvutas selle Einstein 1900. aastate alguses -, siis leiate, et kui tihendate Päikese musta auku, on selle läbimõõt 6 kilomeetrit. Pidage meeles, et Päikese läbimõõt on praegu 1,4 miljonit km! Nii et peate tegema esemed uskumatult väikesed ja tihedad, et neist saaksid mustad augud.
Nüüd arvame, et Universumi iga suure galaktika keskmes on ülimassiivne must auk, mille mass on miljoneid või isegi miljardeid kordi suurem kui Päike. The Linnutee on näiteks üks, mis on rohkem kui 4 miljonit korda Päikese massist suurem.
M87 on elliptiline galaktika Neitsi klastri südames levis sadade galaktikate kogum üle taeva Lõvi ja Neitsi tähtkujude vahel. See on tohutu galaktika, piisavalt ere, et seda oleks võimalik näha ainult binokli abil, kuigi see asub 55 miljoni valgusaasta kaugusel.
See on ka aktiivne galaktika : Erinevalt Linnutee ülimassiivsest mustast august, M87 keskel olev, neelab aktiivselt mateeriat. Materjal, enamasti gaas ja tolm, satub sellesse ning moodustab samal ajal lameda ketta, mida nimetatakse kogunemiskettaks, mis algab vahetult väljaspool sündmuste horisonti ja ulatub paljude miljardite kilomeetrite kaugusele. Ümberringi keerlemise kiirus sõltub selle kaugusest sündmuste horisondist; kraam liigub väga lähedal valguse kiirusel, kaugemal aga aeglasemalt.
Aktiivse musta augu põhikomponendid, sealhulgas sündmuste horisont, kogunemisketas ja juga. Krediit: SEE
Kuna materjal hõõrub kokku, tekitab see hõõrdumist ja see omakorda soojust. A palju kuumusest. Nagu palju palju. Kujutage ette, et hõõrute oma käed valguse kiirusel kokku! Ketta materjal kuumeneb miljonite kraadideni ja kuum materjal hõõgub ägedalt, eraldades tohutul hulgal valgust.
See on materjal, mida näete sündmuste horisondi teleskoobi pildil*. See annab taustal sära kogu musta augu ümber. Kuid musta augu raskusjõud moonutab seda, painutades valguse teed. Valgus materjalist taga musta auku painutatakse ümber seda, nii et me näeme seda tegelikult! Mida lähemale mustale augule, seda rohkem see paindub, kuni otse sündmuste horisondi piirjoontest Maast vaadatuna pole enam valgust näha. Sellepärast tundub see osa tume.
Valgustee musta augu ümber muutub raskusjõu tõttu tõsiselt moonutatuks. Sellel skeemil on Maa paremal ja musta augu taga oleva materjali valgus paindub meie poole, jättes auku, kus asub must auk ise. Krediit: Nicolle R. Fuller/NSF
Aga oota! On veel!
mida teha on üle hinnatud
Seal on efekt nimega relativistlik kiirgus , mis on põhjustatud materjali uskumatult kiirest liikumisest, kui see tiirleb ümber musta augu. Kui hoiate lambipirni enda ees, laieneb valgus kera, igas suunas, aga kui see pirn liigub valguskiiruse lähedal, näib, et valgus, mida me sealt kiirgame, on nagu taskulamp , suunatud liikumissuunda. See veider efekt tähendab, et valguskiiruse lähedal teie poole suunatud objekt tundub heledam, kuna suurem osa selle valgusest on suunatud teie poole ja miski eemaldub tumedam, sest selle valgus on teist eemale suunatud.
Nüüd vaadake uuesti sündmuste horisondi teleskoobi pilti. Vaadake, kuidas rõnga allosas olev kraam on heledam kui ülaosas olev kraam? See on tingitud relativistlikust kiirgusest! Allosas olev materjal on suunatud meie poole ja heledam kui ülaosas olev materjal, mis on meist eemale suunatud. See ütleb meile, millises suunas akretsiooni ketas pöörleb. Must auk ise pöörleb samuti, samas mõttes kui ketas, nii et see ütleb meile ka, et meie seisukohast pöörleb must auk päripäeva.
Ma ei valeta teile: kui ma seda pilti esimest korda vaatasin ja nägin, mida nägin, tõusid mu kukla juuksed püsti.
Kaheksa teleskoopi üle Maa, mis hõlmavad sündmuste horisondi teleskoopi. Krediit: Arizona ülikool / Dan Merrone
Tehnoloogia, mis võimaldas astronoomidel selle pildi luua, on uskumatu. Nad kasutasid M87 musta augu vaatlemiseks kaheksat erinevat teleskoopi, mis asuvad kogu maailmas - Arizonas, Tšiilis, Mehhikos, Hispaanias, Hawaiil ja Antarktikas. Need teleskoobid ei näe optilist valgust nagu meie silmad, vaid on valgustundlikud millimeetri lainepikkuste vahemikus, raadiolainetele lähemal kui optiline valgus . Need millimeetrilained liiguvad valguse kiirusel (kuna need on kerged) ja jõuavad teleskoopideni veidi erinevatel aegadel. Iga teleskoop jälgib neid laineid hoolikalt ja kui seda teavet kombineerida, on teil justkui virtuaalne teleskoop, mis on kahe vaatluskeskuse vahelise ruumi suurune.
Seda nimetatakse interferomeetria . Kui ühendate kahes kohas nähtud lained, segavad need konstruktiivselt ja hävitavalt üksteist, tekitades ääremaid. See on nagu siis, kui vannis ringi logeled; lainete harjad liidavad mõnikord kokku ja pritsivad vanni välja, samal ajal kui künnid langetavad teie ümber veetaset. Need harjade ja süvendite kombinatsioonid on ääremaad. Interferomeetrilise teleskoobi massiivis töötas kõik, mida saab ümber pöörata, tagurpidi, et luua pilt, mis laineid teile saadab. See on väga keeruline töö ja lihtsam lainepikkustel, mistõttu kasutati millimeetrise lainega teleskoope (optilisel valgusel on palju, palju lühem lainepikkus ja seega on optiline interferomeetria palju keerulisem).
Kui see kõik on kokku ühendatud, toimib sündmuste horisondi teleskoop nagu üks roog meie planeedi suurus . Nii nägi see M87 mustas augus mingeid detaile. Kuigi see on tohutu, 40 miljardi kilomeetri laiune, on see 55 miljoni valgusaasta kaugusel, nii et Maast on see vaid umbes neli miljardeid kraadi suurune!
Kuu taevas on pool kraadi lai, seega on see musta augu pilt samaväärne näha Kuul marmorit . Või täpsemalt, must marmor, mille ümber on seotud hõõguv kummipael.
See on fenomenaalne saavutus, tõesti uus ajastu astronoomias. Oleme näinud mustade aukude mõju aastakümneid: materjal tiirleb nende ümber ja läheb metsikult kuumaks; mateeria- ja energiakiired tulistavad neist eemale, kui naeruväärselt tugev magnetväli kogunemiskettaga rebib materjali maha ja paiskab selle tohutu kiirusega minema; ja isegi meie enda galaktika ülimassiivse musta augu mõju ümbritsevatele tähtedele, vaadates reaalajas, kuidas need suure kiirusega selle ümber piitsutavad.
Ja me oleme süvenenud mustade aukude füüsikasse tänu võrranditele, mida hiilgavad vaimud on välja töötanud paljude aastakümnete jooksul, õppides, kuidas need ruumi ja aega moonutavad, mis juhtub sündmuste horisondi lähedal, mis toimub väljaspool seda ja mõnikord isegi välja selgitame, mida toimub sees.
Kuid see on esimene kord, kui näeme musta augu sündmuste horisonti. Ja siit läheb paremaks; parema eraldusvõime saavutamiseks lisatakse rohkem teleskoope, erinevad lainepikkused näevad välja rohkem teavet selle kohta, mida me näeme, ja veelgi lahedamalt vaadatakse rohkem musta auku - sealhulgas meie oma Linnutee keskel - .
Mustad augud on tumedad, kuid nende tulevik on väga helge.
* Märkus. Sündmuste horisondi teleskoop vaatas ka meie galaktika keskel asuvat musta auku, kuid sellest on palju keerulisem pilti luua selle muutlikkuse tõttu, muutes selle heledust tundide ja päevade skaalal. M87 must auk on stabiilsem, nii et seda on lihtsam pildistada. Geomeetria veidruse järgi on see umbes 1600 korda suurem kui meie must auk, kuid umbes 2000 korda kaugemal, nii et see tundub umbes sama suur kui meie oma Maalt.
