Международна мрежа от радиотелескопи създаде първото в историята изображение на сянка на черна дупка, което учените разкриха тази сутрин (10 април). Сътрудничеството, наречено телескоп „Хоризонт на събитията“, потвърди десетилетия на прогнозите за това как светлината ще се държи около тези тъмни обекти и постави началото на нова ера на астрономията с черни дупки.
"От скала от нула до невероятно беше невероятно", казва Ерин Бонинг, астрофизик и изследовател на черни дупки в университета Емори, който не е участвал в усилията за изобразяване.
"Това каза, това очаквах", каза тя пред Live Science.
Съобщението, дразнено около седмица и половина предварително, успя да бъде едновременно невероятно вълнуващо и почти напълно лишено от изненадващи подробности или нова физика. Физиката не се развали. Не бяха разкрити неочаквани черти на черните дупки. Самият образ беше почти перфектно съвпадение за илюстрации на черни дупки, които сме свикнали да виждаме в науката и поп културата. Голямата разлика е, че това е цяла партия замъгляване.
Имаше няколко важни въпроса, свързани с черните дупки, които обаче останаха нерешени, каза Бонинг.
Как черните дупки произвеждат огромните си струи гореща, бърза материя?
Всички свръхмасивни черни дупки имат способността да дъвчат материята наблизо, да поглъщат по-голямата част от нея през хоризонта на събитията си и да изплюят остатъка в космоса с близка светлинна скорост в пламтящи кули, които астрофизиците наричат „релативистични струи“.
А черната дупка в центъра на Дева А (наричана още Месие 87) е известна с впечатляващите си струи, шпионски вещества и радиация из цялото пространство. Неговите релативистични струи са толкова огромни, че могат напълно да избягат от заобикалящата галактика.
А физиците знаят широките удари как се случва това: Материалът се ускорява до екстремни скорости, когато попада добре в гравитацията на черната дупка, след което част от нея избягва, като запазва тази инерция. Но учените не са съгласни с подробностите как се случва това. Това изображение и свързаните с него документи все още не предлагат подробности.
Като разбере, че това, Боннинг, ще бъде въпрос на свързване на наблюденията на телескопа на хоризонта на събитията - които обхващат доста малко пространство - с много по-големите изображения на релативистични струи.
Докато физиците все още нямат отговори, каза тя, има голям шанс те да дойдат скоро - особено след като колаборацията създаде изображения на втората си цел: супермасивната черна дупка Стрелец А * в центъра на нашата собствена галактика, която не произвежда струи като тези на Дева А. Сравняването на двете изображения, каза тя, може да предложи известна яснота.
Как съвпадат общата относителност и квантовата механика?
Всеки път, когато физиците се събират, за да говорят за наистина вълнуващо ново откритие, можете да очаквате да чуете някой да предполага, че това може да помогне да се обясни „квантовата гравитация“.
Това е така, защото квантовата гравитация е голямата неизвестност във физиката. В продължение на около век физиците са работили, използвайки два различни набора правила: Обща относителност, която обхваща много големи неща като гравитацията, и квантова механика, която покрива много малки неща. Проблемът е, че тези два правилника директно си противоречат. Квантовата механика не може да обясни гравитацията и относителността не може да обясни квантовото поведение.
Някой ден физиците се надяват да свържат двете заедно в една велика единна теория, вероятно включваща някакъв вид квантова гравитация.
И преди обявяването днес, имаше спекулации, че може да включва някакъв пробив по темата. (Ако прогнозите на общата относителност не бяха потвърдени в образа, това би преместило топката напред.) По време на брифинг на новини от Националната научна фондация, Ейвъри Бродерик, физик от Университета на Ватерло в Канада и сътрудник по проекта предполагат, че могат да се намерят такива отговори.
Но Бонинг беше скептичен към това твърдение. Този образ беше напълно изненадващ от гледна точка на общата относителност, така че не предлагаше нова физика, която би могла да затвори празнината между двете полета, каза Бонинг.
Все пак не е лудо, че хората се надяват на отговори от този вид наблюдение, каза тя, защото ръбът на сянката на черната дупка внася релативистки сили в малки пространства с квантови размери.
"Бихме очаквали да видим квантовата гравитация много, много близо до хоризонта на събитията или много, много рано в ранната вселена", каза тя.
Но при все още размитата резолюция на телескопа Event Horizons, тя каза, че няма вероятност да намерим такива ефекти, дори и при входящи планирани надстройки.
Точни ли бяха теориите на Стивън Хокинг като Айнщайн?
Най-големият принос на физиката на Стивън Хокинг в областта на физиката беше идеята за „радиация на Хокинг“ - че черните дупки всъщност не са черни, но излъчват малки количества радиация във времето. Резултатът беше изключително важен, защото показа, че след като черна дупка спре да расте, тя ще започне много бавно да се свива от загубата на енергия.
Но телескопът Event Horizons не потвърди или отрече тази теория, каза Бонинг, не че някой очакваше.
Гигантски черни дупки като тази в Дева А, каза тя, излъчват само минимални количества радиация на Хокинг в сравнение с общия им размер. Докато най-модерните ни инструменти вече могат да разпознаят ярките светлини на хоризонта на събитията си, има малък шанс те някога да дразнят ултра-тъмния блясък на повърхността на свръхмасивна черна дупка.
Тези резултати, каза тя, вероятно ще дойдат от най-малките черни дупки - теоретични, краткотрайни обекти, толкова малки, че можете да затворите целия си хоризонт на събитията в ръката си. С възможността за по-близки наблюдения и много повече радиация на разположение в сравнение с общия им размер, хората в крайна сметка може да измислят как да го произведат или намерят и да открият неговата радиация.
И така, какво всъщност научихме от този образ?
Първо, физиците научиха, че Айнщайн отново е прав. Краят на сянката, доколкото може да се види телескопът „Хоризонти на събитията“, е перфектен кръг, точно както физиците през 20-ти век, работещи с уравненията на Айнщайн с обща относителност.
"Не мисля, че някой трябва да се изненадва, когато премине още един тест за обща относителност", каза Бонинг. "Ако бяха излязоли на сцената и казаха, че общата относителност се е нарушила, щях да падна от стола си."
Резултатът с по-непосредствени, практически последици, според нея, е, че изображението дава възможност на учените да измерват точно масата на тази свръхмасивна черна дупка, която е разположена на 55 милиона светлинни години в сърцето на галактика Дева А. Той е 6,5 милиарда пъти по-масивен от нашето слънце.
Това е голяма работа, каза Бонинг, защото това може да промени начина, по който физиците претеглят свръхмасивните черни дупки в сърцата на други, по-далечни или по-малки галактики.
В момента физиците имат доста прецизно измерване на масата на свръхмасивната черна дупка в основата на Млечния път, каза Бонинг, защото те могат да наблюдават как нейната гравитация движи отделни звезди в съседство.
Но в други галактики нашите телескопи не могат да видят движенията на отделни звезди, каза тя. Така физиците са останали с по-груби измервания: Как масата на черната дупка влияе на светлината, идваща от различни слоеве звезди в галактиката, или как нейната маса влияе на светлината, идваща от различни слоеве свободно плаващ газ в галактиката.
Но тези изчисления са несъвършени, каза тя.
"Трябва да моделирате много сложна система", каза тя.
И двата метода в крайна сметка дават малко по-различни резултати във всяка наблюдавана от физиката на галактиката. Но поне за черната дупка в Дева А сега знаем, че един метод е правилен.
„Определянето ни от 6,5 милиарда слънчеви маси завършва при кацане точно на по-тежкото определяне на масата,“ каза Сера Маркоф, астрофизик от Амстердамския университет и сътрудник по проекта в брифинга на новините.
Това не означава, че физиците просто ще преминат на едро към този подход за измерване на маси от черни дупки, каза Бонинг. Но той предлага важна точка от данни за прецизиране на бъдещите изчисления.
