A Messier 87 nevű galaxis közepén, körülbelül 55 millió fényév távolságra van, amelyben a galaxis összes anyaga körül kering, egy szörny fekszik: egy szupermasszív fekete lyuk. Mivel a nap tömege körülbelül 6, 5 milliárdszorosa, az M87 középpontjában lévő fekete lyuk olyan sűrű, hogy a menekülési sebesség, vagy az objektum gravitációjának elkerüléséhez szükséges sebesség meghaladja a fénysebességet. Ennek megfelelően még a fény fotonjai sem tudnak elmenekülni, ha túl közel járnak el.
De ne hagyja, hogy a „fekete lyuk” név bolondítson. "A természet paradoxonjaként a fekete lyukak, amelyek nem engedik a fény elől menekülni, a világegyetem legfényesebb tárgyai" - mondja Shep Doeleman, a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ vezető kutatója és a rendező az Event Horizon Telescope (EHT) projekt egy nemzetközi erőfeszítése egy szupermasszív fekete lyuk közvetlen távcsövekké történő ábrázolására a világ minden tájáról.
Ma az EHT projekt, amelybe nyolc obszervatórium és több mint 60 tudományos intézmény tartozik, több mint 20 országban, kiadta a fekete lyuk első képét. „Ez az első alkalom, amikor ezt a képet láttam” - mondja France Córdova, a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) igazgatója a Nemzeti Sajtóklub sajtótájékoztatóján. - És könnyeket hozott a szemembe. Ez nagyon nagy dolog. ”
Hat tudományos tanulmányt is közzétettek ma az Astrophysical Journal-ban, amelyek részletezik a fekete lyuk első közvetlen megfigyeléseit.
Noha a fény nem tud elmenekülni egy fekete lyukból, minden fekete lyuk körül valamilyen határ vesz körül, amelyet eseményhorizontnak neveznek. Bármely olyan eseményt, amely az esemény horizontján túllépi, a fekete lyuk elhasználja, de mivel a gázok közvetlenül az eseményhorizonton kívül rakódnak fel, több százmilliárd fokra hevítik őket, és óriási mennyiségű sugárzást bocsátanak ki a galaxisban. Az M87 fekete lyuk körüli eseményhorizont körülbelül 1, 5 fénynap körül van, vagyis körülbelül 40 milliárd kilométer, nagyjából ugyanolyan méretű, mint a Naprendszerünk.
„Amit elvár, ha egy galaxis közepén egy szupermasszív fekete lyukat lát, és úgy gondoljuk, hogy a legtöbb galaxis központjában léteznek, az az, hogy az intenzív gravitáció a közeli gázt a fekete lyuk felé húzza, és melegszik fel "- mondja Doeleman. "Nagyon sok gázt próbál összenyomni a legkisebb mennyiségre, amit el tud képzelni ... és mindez nagyon izgalmas gázt bocsát ki."
Miután több mint 200 nemzetközi tudós évek óta tervezte, készen állnak az adatok, amelyek a fekete lyuk mindenkori első képét mutatják. A csapat összegyűlik a nagy felfedezésért - ez egy szeizmikus pillanat az asztrofizikában.Az M87 közepén lévő fekete lyuk megfigyelései azt mutatják, hogy az óramutató járásával megegyezően forog. A kép alján, ahol a fénygyűrű erősebb, a fekete lyuk forgása felé fordul, míg a kép tetején lévő gyűrű része elmozdul.
A fekete lyuk eseményhorizontját körülvevő égő gáz képének felvétele, amelyet a csillagászok a fekete lyuk „árnyékának” vagy „sziluettjének” neveznek, nem bizonyult könnyű feladatnak. Az M87 fekete lyuk a galaxis közepén található, fényes csillagok, nagy gáz- és pormennyék mögött. A csillagászok összekapcsolták a legerősebb rádió egységeit annak érdekében, hogy megkapják a fény fotonjait, amelyek képesek megmenekülni a szupermasszív fekete lyuk gravitációs kútjából, amelyet az eseményhorizont felé húztak, mielőtt az M87-en keresztül 55 millió fényév alatt áthaladtak volna az intergalaktikus űrben a Föld felé. teleszkópok, amelyek valaha épültek, hogy bizonyos értelemben a Föld méretű távcsövet építsék.
"Van egy speciális mező, amelyet nagyon hosszú alapvonal-interferometrianak neveznek, amelyben a rádióedényeket összekapcsolja a világ minden tájáról, és rendkívül nagy nagyításokat kap" - mondja Doeleman. A rádiócsillagászati csillagvizsgálók, a Déli Pole-távcsőtől a grönlandi távcsőig, hozzájárultak vagy hozzájárulnak az EHT megfigyeléséhez. "A VLBI technikával, ahol az egész Földet távcsövével készítjük, össze kell kapcsolnunk a Föld mindkét oldalán lévő ételeket atomi órák hálózatának felhasználásával, és ezt csináljuk."
Az Event Horizon teleszkóp összegyűjtötte az első fekete lyuk képét 2017-ben. Atomi órák segítségével a megfigyelések időben történő összehangolására és a szuperszámítógépek segítségével az adatok petatabitáit összeállíthatják, a tudósok hatékonyan elérhetik a Föld méretű távcső felbontását - de nem a fénygyűjtő képesség, tehát a technika csak nagyon fényes tárgyak megfigyelésére használható. A VLBI csak az edények felületén képes rádióhullámokat gyűjteni, amelyek folyamatosan forognak a Földdel, és figyelemmel kísérik az M87 középpontját.
Az Atacama nagy milliméter / szubmilliméter tömb (ALMA), Chilé északi részén található, a Tejút láthatóESO / Y. Beletsky az égen. Az ALMA az Event Horizon Telescope hálózat legerősebb rádiómegfigyelő központja. (ESO / Y. Beletsky) „Ezeket a távcsöveket úgy gondolhatja, mint apró ezüstdarabokat a Föld méretű tükörre, és miközben körül mozognak, nyomon követik a reflexiós szálakat, és így összefésülnek, vagy forognak egy Föld méretű távcsővel - majdnem éppen egy pókháló, ahogyan a pók teszi ”- mondja Doeleman.
A távcsövek rendkívül magas frekvenciájú (EHF) rádióhullámokat, szinte infravörös fényt gyűjtenek az elektromágneses spektrumon, 1, 3 mm hullámhosszon. A frekvencia „csak tökéletes” ahhoz, hogy a fekete lyuk széleitől a rádióedényeinkig kiterjedő utazást tegyünk - mondja Doeleman. Az obszervatóriumok általában éjjel, az M87 felé fordulnak, és márciusban és áprilisban, amikor a légköri vízgőzök a legalacsonyabbak.
Az Event Horizon távcsővel megfigyelték a Nyilas A * -ot is, a szupermasszív fekete lyukat saját galaxisunk, a Tejút közepén. A Nyilas A * (Nyilas A-csillagnak ejtve) sokkal kevésbé aktív szupermasszív fekete lyuk, mint az M87 középpontjában. Kb. 26.000 fényév távolságban helyezkedik el, a Nyilas A * elég kicsi, hogy körülbelül ugyanolyan méretűnek lássa az égen, mint a sokkal távolabbi M87.
Sok tudós úgy gondolja, hogy a fekete lyukaknak van értelme az elméleti fizika területén, ám a valós életben valójában nem létezhetnek. A fekete lyuk képének rögzítése mindezt megváltoztatja.Az M87 fekete lyuk körül ragyogó eseményhorizonton kívül az objektum az anyag fúvókáit az oszlopokból az űrbe bocsátja ki. "Megkapod ezeket a relativista részecskék fúvókáit, természetesen nagyon nagyon energikusak, amelyek több tízezer fényév alatt áramolhatnak ki" - mondja Doeleman. "Mindent el tudnak hajtani az egész galaxison, és ez az energia felszabadítása galaktikus méretekben megváltoztathatja az egész galaxis megjelenését."
A szupermasszív fekete lyukból áramló fúvókák energiáját az határozza meg, hogy mekkora anyagot fogyaszt a fekete lyuk, valamint a forgás, a mágneses mező és más tulajdonságok. „A fúvókák 10 milliárd szupernóva energiát hordoznak” - mondja Sera Markoff, az EHT tudományos tanácsának tagja és az Amszterdami Egyetem professzora a sajtótájékoztatón. "Ezeknek a bizzare mosogatólyukaknak a téridő szövetében sok következménye van önmagában" - mondja Markoff. Amikor egy fekete lyuk óriási energiát bocsát ki, megakadályozza, hogy az eseményhorizont körüli gázok új csillagokat képezzenek, és a galaxisok növekedését akadályozzák.
A fekete lyuk középpontjában, Einstein általános relativitáselmélete szerint, az a szingularitás pontja, ahol a tárgy összes anyaga olyan kicsire van kondenzálva, hogy a sűrűség lényegében végtelen. Ezen a ponton úgy gondolják, hogy az ismert fizikai törvények megsérülnek. Az esemény horizontja közelében azonban a tudósok megvizsgálják a fekete lyuk sziluettjének alakját, hogy megvizsgálják a relativitáselméletet.
„Be kell vallanom, hogy kissé megdöbbent, hogy olyan közel áll az előrejelzésekhez, amelyeket tettünk” - mondja Avery Broderick, az EHT asztrofizikusa és a Waterloo University egyetemi docens a sajtótájékoztatón. "Nagyon örömteli, de kissé idegesítő is."
A fekete lyuk körüli fény alakja, fotongyűrűként ismert, amelyen a fény kerüli a központot. Einstein gravitációs elméleteinek valaha végzett legintenzívebb tesztje.
„Az egyik oka annak, hogy látja a fénygyűrűt, az az, hogy ezen a pályán a fotonok kénytelenek mozogni a körben a fekete lyuk körül” - mondja Doeleman. „Ez valóban rendkívüli: olyan tárgyat vesz, mint egy foton, amely olyan gyorsan halad, ahogyan bármi megy az univerzumban, a leggyorsabban tud mozogni, és akkor rájössz, hogy van egy fekete lyuknak nevezett tárgy, amely a fénysugár meghajlik egy teljes kör. És lényegében ez az, amit látsz. ... És ha átmened Einstein egyenleteivel, ez egy nagyon különleges pálya. ”
Látva a fekete lyuk körüli gyűrűt, annak árnyékában, amely a kozmosz ellen ábrázolódott, megerősítette, hogy a több mint 100 évvel ezelőtt elméleti fizika továbbra is igaz „az egyik legszélsőségesebb laboratóriumban, amelyet az univerzum számunkra biztosít”.
"Azt hiszem, őszintén szólva az emberi szellemhez szól, hogy meg tudjuk húzni" - mondja Doeleman.
A Black Hole Hunters premierje április 12-én, pénteken, 9 órakor a Smithsonian csatornán.
