Телескопът Event Horizon, масив от планета от осем наземни радиотелескопа, изковани чрез международно сътрудничество, засне това изображение на свръхмасивната черна дупка в центъра на галактика M87 и нейната сянка.
(Изображение: © Сътрудничество на EHT)
Най-накрая черните дупки са извлечени от сенките.
За първи път човечеството е снимало един от тези неуловими космически зверове, блестящи светлина върху екзотично царство от космическо време, което отдавна е отвъд нашия кен.
"Видяхме онова, което сметнали за незавидно", заяви днес (10 април) Шеперд Доелман от Харвардския университет и Харвардско-Смитсонския център за астрофизика по време на пресконференция в Националния прес-клуб във Вашингтон, D.C.
Doeleman ръководи проекта на хоризонталния телескоп на събитията (EHT), който заснема епичните изображения. Тези четири снимки, които бяха разкрити днес на пресконференции по света и в поредица от публикувани доклади, очертават контурите на чудовищната черна дупка, дебнеща в сърцето на елиптичната галактика M87.
Образът е достатъчно умопомрачителен сам по себе си. Но още по-значима е следата, която новите резултати вероятно ще пламнат, казват изследователите.
„Има наистина ново поле за изследване“, казва Питър Галисън, професор по физика и история на науките в Харвард, в разговор на EHT миналия месец на фестивала South by Southwest (SXSW) в Остин, Тексас. "И в крайна сметка това е толкова вълнуващо в това."
Галисън, който е съосновател на интердисциплинарната инициатива на Черната дупка на Харвард (BHI), сравнява потенциалното въздействие на изображенията с това на рисунките, направени от английския учен Робърт Хук през 1600-те години. Тези илюстрации показаха на хората как изглеждат насекоми и растения чрез микроскоп.
"Той отвори свят", каза Галисън за работата на Хук.
Телескоп с размерите на Земята
EHT е консорциум от над 200 учени, който работи в продължение на около две десетилетия. Това е наистина международно начинание; финансирането през годините идва от Националната фондация за наука на САЩ и много други организации в страни по света.
Проектът носи името си от известната точка на връщане на черна дупка - границата, отвъд която нищо, дори светлина, не може да избяга от гравитационните съединения на обекта.
"Хоризонтът на събитията е най-добрата стена на затвора", заяви пред Space.com основателят на BHI Ави Льоб, председател на отдела за астрономия в Харвард. (Лоб не е част от екипа на EHT.) "След като влезете, никога не можете да излезете."
Следователно е невъзможно да снимате интериора на черна дупка, освен ако по някакъв начин не успеете сами да влезете там. (Вие, и снимките ви, не можехте да го върнете във външния свят, разбира се.)
И така, EHT изобразява хоризонта на събитията, очертавайки тъмния силует на черната дупка. (Дискът на бързо движещ се газ, който се върти наоколо и в черни дупки, излъчва много радиация, така че такива силуети се открояват.)
"Търсим загубата на фотони", заяви пред Space.com членът на научния съвет на EHT Дан Марроне, доцент по астрономия в Университета на Аризона.
Проектът проучва две черни дупки - бегемотът M87, който прибира около 6,5 милиарда пъти повече от земното слънце, и централната черна дупка на нашата собствена галактика Млечен път, известна като Стрелец А *. Този последен обект, въпреки че все още е свръхмасивна черна дупка, е ръст в сравнение с звяра на M87, съдържащ само 4,3 милиона слънчеви маси.
И двата обекта са трудни цели поради огромното им разстояние от Земята. Стрелец А * се намира на около 26 000 светлинни години от нас, а черната дупка на M87 е на огромни 53,5 милиона светлинни години.
От наша гледна точка хоризонтът на събитията на Стрелец A * е толкова малък, че е еквивалент на това да видите портокал на Луната или да можете да четете вестника в Лос Анджелис, докато седите в Ню Йорк, "Доулман каза по време на събитието SXSW миналия месец.
Нито един телескоп на Земята не може да направи това наблюдение, така че Doeleman и останалият екип 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.
Толкова много данни
Екипът на EHT използва този мегаскоп, за да проучи двете супермасивни черни дупки в продължение на две седмици досега - веднъж през април 2017 г. и отново на следващата година. Новите изображения идват от първия наблюдателен цикъл.
Има добри причини, поради които са необходими две години, за да излезе първият резултат на проекта. От една страна, всяка нощ на наблюдение генерира около 1 петабайта данни, което води до такъв извод, 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 в Аризона, по време 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 можаха да излязат от Антарктида до декември 2017 г., когато беше достатъчно топло, за да могат самолетите да влизат и излизат, каза Marrone.
Корелирането и калибрирането на данните също беше сложно, добави той. И екипът се погрижи изключително много 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 Доулман по време на събитието SXSW (което служи като обяснител на усилията на EHT, но не обяви всички резултати).
"И по нашия проект често мислим, че хора като [Алберт] Айнщайн, [Артур] Едингтън [и Карл] Шварцшилд са вид на нашите рамене", добави той, като се позова на физиците, които помогнаха на пионера да разберем черните дупки. "И когато имате светила, които на практика проверяват работата ви, наистина искате да я оправите."
Какво означава всичко
Проектът на EHT има две основни цели, казва Псалтис: да изобрази хоризонт на събитията за първи път и да помогне да се определи дали теорията за общата относителност на Айнщайн се нуждае от преработка.
Преди Айнщайн да дойде, гравитацията като цяло се разглежда като мистериозна сила на разстояние. Но общата относителност го описва като изкривяване на пространството и времето: масивните предмети като планети, звезди и черни дупки създават своеобразен провис в пространството-времето, колкото биха боулинг топка, ако се постави на батут. Обектите в близост следват тази крива и се насочват към централната маса.
Общата относителност се е задържала невероятно много през века от въвеждането й, преминавайки всеки тест, който учените са хвърлили върху него. Но наблюденията на EHT предоставят още едно изпитание, в екстремна област, където прогнозите може да не съответстват на реалността. Това е така, защото астрономите могат да изчислят очаквания размер и форма на хоризонт на събитията, като използват общата относителност, обясни Псалтис.
Ако наблюдаваният силует съвпада с теоретично информираните симулации, "тогава Айнщайн е бил 100% прав", каза Псалтис. "Ако отговорът е" не ", тогава ние трябва да оправим теорията му, за да я накараме да работи с експерименти. Ето как върви науката."
И днес научихме, че не са необходими ощипвания, поне в момента: M87 наблюденията на EHT са в съответствие с общата относителност, казват членовете на екипа. А именно хоризонтът на събитията е почти кръгъл и е "правилния" размер за черна дупка от тази огромна маса.
"Трябва да призная, бях малко зашеметен, че съвпадна толкова тясно с прогнозите, които направихме", заяви членът на екипа на ЕХТ Ейвъри Бродерик от Университета в Ватерло и Периметския институт за теоретична физика в Канада, каза по време на днешната пресконференция ,
Разбира се, подобно заземяване е жизненоважно за научния процес. Всъщност предоставянето на по-добра информация за влагане в теории и симулации вероятно ще бъде един от най-големите приноси на EHT, каза Льоб.
"Правенето на физика е диалог с природата", каза той. "Тестваме нашите идеи, сравнявайки ги 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 светят значителна светлина върху това как газовите спирали се спускат в челюстта на черната дупка. Този процес на натрупване, който може да доведе до генериране на мощни струи радиация, е слабо разбран, каза Льоб.
В допълнение, формата на хоризонта на събитията може да разкрие дали се върти черна дупка, каза Фиона Харисън от Калифорнийския технологичен институт, главен изследовател на изследването на НАСА в черната дупка Ядрен спектроскопичен масив от телескопи (NuSTAR) мисия.
"Косвено сме направили извода за черни дупки", заяви Харисън, който не е част от екипа на EHT, пред Space.com. EHT изображенията осигуряват "директен тест, което е много вълнуващо", добави тя.
Данните на EHT разкриха, че черната дупка на M87 се върти по посока на часовниковата стрелка, заявиха днес членовете на екипа.
Проектът трябва също така да покаже как материята се разпределя около черна дупка и наблюденията на EHT в крайна сметка биха могли да научат астрономите много за това как свръхмасивни черни дупки оформят еволюцията на техните галактики при продължителни мащаби, каза Харисън.
Резултатите на EHT също са добре съвместими с тези на Лазерна интерферометрова гравитационно-вълнова обсерватория (LIGO), който е открил пулсациите от време и време, генерирани от сливания, включващи черни дупки само няколко десетки пъти по-масивни от слънцето.
"Въпреки, че варира в маса от фактор от милиард, известните черни дупки са в съответствие с едно описание", каза днес Бродерик. „Черните дупки, големи и малки, са аналогични по важни начини. Това, което научаваме от единия [тип], задължително важи за другия.“
И в случай, че се чудите на Стрелец A *: Екипът на EHT се надява скоро да получи изображения на тази свръхмасивна черна дупка, каза днес Doeleman. Изследователите първо погледнаха M87 и е малко по-лесно да се разреши от Стрелец А *, защото той е по-малко променлив за кратки времеви интервали, обясни той.
Нова перспектива?
Тогава е по-широката привлекателност на току-що пуснатите изображения - как се говори за тези от нас, които не сме астрофизици.
Приносът на тази сцена може да бъде значителен, заявиха членовете на екипа на EHT и извън учените. Снимките могат да променят начина, по който мислим за себе си и мястото си във Вселената, отбеляза Марроне, позовавайки се на известната снимка „Изгрев“, направена от астронавта Аполон 8 Бил Андерс през декември 1968 г. Това изображение, което даде на масите представа за нашата планета като наистина е - самотен аванпост на живота в безкрайно море на мрака - се счита, че помага за стимулиране на екологичното движение.
Виждането на черна дупка в реалния живот - или нейния силует, така или иначе - "е нещата от научната фантастика", каза Харисън. И ние видяхме само първите няколко снимки на проекта, тя добави: „Те ще станат само по-добри“.
- Астрономите надникват в черна дупка за първи път с телескоп за хоризонт на събитията
- Тази огромна черна дупка се върти с половината скорост на светлината!
- 8 Загадъчни астрономически мистерии
Книгата на Майк Уол за търсенето на извънземен живот, "Навън"(Grand Central Publishing, 2018; илюстрирано от Карл Тейт), вече е аут. Следвайте го в Twitter @michaeldwall, Следвайте ни в Twitter @Spacedotcom или Facebook.
