В центъра на галактика, наречена Messier 87, на около 55 милиона светлинни години, около която цялата материя на галактиката орбита, лежи чудовище: свръхмасивна черна дупка. С около 6, 5 милиарда пъти по-голяма от масата на Слънцето, черната дупка в центъра на M87 е толкова плътна, че нейната скорост на бягство или скоростта, необходима за избягване на гравитацията на обекта, е повече от скоростта на светлината. Съответно, дори фотоните на светлината не могат да избягат, след като се скитат твърде близо.
Но не позволявайте името „черна дупка“ да ви заблуди. „Като вид парадокс на природата, черните дупки, които не позволяват на светлината да избяга, са едни от най-ярките обекти във Вселената“, казва Шеп Доелман, старши научен сътрудник на Харвардско-Смитсоновския център за астрофизика и режисьор на проекта Event Horizon Telescope (EHT), международно усилие за директно изобразяване на супермасивна черна дупка с телескопи по целия свят.
Днес проектът на EHT, включващ осем обсерватории и над 60 научни институции в повече от 20 държави, пусна първото изображение на черна дупка. „За първи път виждам този образ в момента“, казва Франс Кордова, директор на Националната научна фондация (NSF), по време на пресконференция в National Press Club. „И това донесе сълзи в очите ми. Това е много голяма работа. "
Шест научни труда бяха публикувани днес в Astrophysical Journal, в които подробно се описват първите преки наблюдения на черна дупка.
Въпреки че светлината не може да избяга от самата черна дупка, всяка черна дупка заобикаля някаква граница, известна като хоризонт на събитията. Всеки въпрос, който се скита отвъд хоризонта на събитията, се консумира от черната дупка, но тъй като газовете се натрупват точно извън хоризонта на събитията, те се нагряват до стотици милиарди градуси, излъчвайки огромно количество радиация в цялата галактика. Хоризонтът на събитията около черната дупка на M87 е около 1, 5 светлинни дни, или около 40 милиарда километра, приблизително същия размер като нашата Слънчева система.
„Това, което човек очаква, ако види свръхмасивна черна дупка в центъра на галактика и смятаме, че те съществуват в центровете на повечето галактики, е, че интензивната гравитация привлича газа в близост до черната дупка и той загрява нагоре “, казва Доеман. "Опитвате се да компресирате много газ до най-малкия обем, който можете да си представите ... и всичко, което много много горещ газ излъчва [светлина]."
След години на планиране от над 200 международни учени, данните, предназначени да покажат първото в историята изображение на черна дупка, са готови. Екипът се събира за голямото разкритие - това е сеизмичен момент в астрофизиката.Наблюденията на черната дупка в центъра на M87 разкриват, че тя се върти по посока на часовниковата стрелка. В долната част на изображението, където светлинният пръстен е по-ярък, въртенето на черната дупка се движи към нас, докато частта на пръстена в горната част на изображението се отдалечава.
Да се направи снимка на горящия газ около хоризонта на събитията на черната дупка, който астрономите наричат "сянката" на черната дупка или нейния "силует", не се оказа лесна задача. Черната дупка на M87 е в центъра на галактиката, забулена зад ярки звезди и страхотни лъчи от газ и прах. За да уловят фотоните на светлината, които успяват да избягат от гравитационния кладенец на свръхмасивната черна дупка, изтеглена към хоризонта на събитията, преди да прелети 55 милиона светлинни години през M87 и през междугалактическото пространство към Земята, астрономите свързват някои от най-мощните радиосигнали телескопи, построени някога, за да конструират в известен смисъл телескоп с размерите на Земята.
„Има специално поле, наречено много дълга базова интерферометрия, в което свързвате радио чинии по целия свят и получавате изключително големи увеличения“, казва Доелман. Радиоастрономическите обсерватории, от телескопа на Южния полюс до телескопа на Гренландия, са допринесли или ще допринесат за наблюдения на EHT. „С техниката VLBI, при която правите цяла Земя телескоп, трябва да свържете съдове от двете страни на Земята заедно, използвайки мрежа от атомни часовници и това правим.“
Телескопът Event Horizon събра данните за първото изображение на черна дупка през 2017 г. Чрез използването на атомни часовници за подравняване на наблюденията във времето и суперкомпютрите за компилиране на петабайта данни учените могат ефективно да постигнат резолюцията на телескоп с размер на Земята, но а не способността за събиране на светлина, така че техниката може да се използва само за наблюдение на много ярки предмети. VLBI могат да събират радиовълни само върху повърхностите на чиниите, които постоянно се въртят със Земята, като следят центъра на M87.
Големият милиметър / субмилиметър на Atacama (ALMA), разположен в северната част на Чили, с Млечния път, видимESO / Y. Белецки в небето. ALMA е най-мощната радиообсерватория в мрежата на телескопа на хоризонта на събитията. (ESO / Y. Beletsky) „Можете да мислите за тези телескопи като малки късчета сребро върху огледало с размер на Земята и докато се движат наоколо, те проследяват нишки на отразяваща способност и така навивате тъкане заедно или въртене на телескоп с размер на Земята - почти сграда уеб, както прави паякът “, казва Доулман.
Телескопите събират радиовълни с изключително висока честота (EHF), почти инфрачервена светлина върху електромагнитния спектър, с дължина на вълната 1, 3 милиметра. Честотата е „просто перфектна“, за да направи експанзивното пътуване от краищата на черна дупка до нашите радиоактивни ястия, казва Doeleman. Обикновено обсерваториите се насочват към M87 и през март и април, когато атмосферните водни пари са на най-ниските си нива.
Телескопът „Хоризонт на събитията“ наблюдава и Стрелец А *, свръхмасивната черна дупка в центъра на нашата собствена галактика Млечния път. Стрелец А * (произнася се „Стрелец А-звезда“) е много по-малко активна свръхмасивна черна дупка от тази в центъра на M87. Разположен на около 26 000 светлинни години, Стрелец А * е достатъчно малък, че се появява с приблизително същия размер в небето като много по-далечния М87.
Много учени смятат, че черните дупки имат смисъл в областта на теоретичната физика, но в действителност не биха могли да съществуват. Заснемането на изображение на черна дупка би променило всичко това.В допълнение към светещия хоризонт на събитията около черната дупка на M87, обектът изхвърля струи материал от своите полюси навън в космоса. „Получавате тези струи от релативистични частици, защото, разбира се, е много енергичен, който може да изтича за десетки хиляди светлинни години“, казва Доелман. „Те могат да преминат през цялата галактика и това освобождаване на енергия в галактически мащаб може да промени начина, по който изглежда цяла галактика.“
Енергията на струите, изтичащи от свръхмасивна черна дупка, се определя от това колко материя изразходва черната дупка, както и нейното въртене, магнитно поле и други свойства. „Самолетите носят еквивалент на 10 милиарда свръхнова енергия“, казва Сера Марков, член на научния съвет на EHT и професор в Амстердамския университет, по време на пресконференцията. „Тези странни мивки в тъканта на пространството и времето имат много последствия от само себе си“, казва Маркоф. Когато черната дупка изхвърля огромни количества енергия, тя не позволява газовете около хоризонта на събитията да образуват нови звезди, стимизирайки растежа на галактиките.
В центъра на черна дупка, според общата теория на относителността на Айнщайн, е точка на сингулярност, при която цялата материя на обекта е кондензирана в обем, толкова малък, че плътността е по същество безкрайна. В този момент се смята, че известните закони на физиката се разрушават. По-близо до хоризонта на събитията обаче учените ще сондират формата на силуета на черната дупка, за да тестват законите на относителността.
„Трябва да призная, че бях малко зашеметен, че съвпадна толкова тясно с прогнозите, които бяхме направили“, казва на пресконференцията Ейвъри Бродерик, астрофизик с EHT и доцент в Университета във Ватерло. „Това е приятно, но и малко смущаващо.“
Формата на светлината около черната дупка, известна като фотонен пръстен, където светлината обикаля около центъра, служи като най-интензивното изпитване на теориите за гравитацията на Айнщайн, провеждани някога.
„Една от причините да видите този светлинен пръстен е, че това е орбитата, при която фотоните са ограничени да се движат в кръг около черната дупка“, казва Доелман. „Наистина е изключително - взимаш предмет като фотон, който пътува толкова бързо, колкото всичко може да върви във Вселената, най-бързо да се движиш, и тогава разбираш, че има обект, наречен черна дупка, който ще накара този светлинен лъч да се огъне в пълен кръг. И това е по същество това, което виждате. ... И ако преминете през уравненията на Айнщайн, това е много специална орбита. "
Виждайки пръстена около черна дупка, нейната сянка, силуетна срещу космоса, потвърди, че теоретичната физика, заложена преди повече от 100 години, все още е вярна „в една от най-екстремните лаборатории, която Вселената ни предоставя.“
„Мисля, че това говори на човешкия дух, честно казано, че ние сме в състояние да го извадим, “ казва Доулман.
Ловците на черни дупки премиерно се представят в петък, 12 април от 21:00 ч. По Smithsonian Channel.
