gov-civil-vilareal.ptPeering nedover uendeliges klippe: Det første bildet av hendelseshorisonten til et svart hull
>For første gang i menneskets historie har astronomer kombinert kraften til teleskoper fra hele planeten vår for å skape et bilde som viser hendelseshorisonten til et svart hull.
Den innsamlede matrisen kalles Event Horizon Telescope , og i løpet av fire netter i april 2017, observerte den det supermassive sorte hullet i hjertet av M87 , en elliptisk galakse i jomfruen, 55 millioner lysår fra jorden.
Det de så er, vel, kjevefallende:
Det aller første bildet av hendelseshorisonten til et supermassivt svart hull. Dette viser silhuetten av et svart hull med en masse 6,5 milliarder ganger solens, som ligger i kjernen av galaksen M87 55 millioner lysår unna jorden. Kreditt: NSF
Jeg vil være veldig forsiktig her, ettersom dette bildet er litt mer komplisert enn bare en lysring med det sorte hullet i midten, og fysikken bak det er ganske voldsom.
For å være tydelig, ser du faktisk ikke selve det sorte hullet. Det sirkulære hullet i midten av ringen er ikke det sorte hullet, men egentlig en effekt av tyngdekraften. Det kalles skyggen av det sorte hullet, men jeg tenker mer på det som skjult enhet: Tyngdekraften bøyer lyset fra materialet rundt det, sender det mot oss og etterlater et hull der selve det sorte hullet er. Den beste måten å beskrive det på er kanskje silhuett av det svarte hullets tyngdekraft.
Denne videoen bør gi deg et grep om effekten:
planet of the apes sunn fornuft media
Det du sitter igjen med er en sfærisk region i verdensrommet der ingenting kan komme ut. Overflaten på denne sfæren, hvis du tenker på det på den måten, kalles hendelseshorisont (fordi enhver hendelse som skjer inne i den er utenfor horisonten din og ikke kan sees). Men bare utenfor tyngdekraften er intenst sterk, men ikke umulig. Et foton, en lyspartikkel, som passerer nær denne grensen, men fortsatt utenfor den, vil ha sin vei bøyd betraktelig, men den kan flukt.
Størrelsen på hendelseshorisonten avhenger av massen av det sorte hullet. Hvis du gjør regnestykket - først beregnet av Einstein på begynnelsen av 1900 -tallet - vil du oppdage at hvis du komprimerer solen ned til et svart hull, ville den være 6 kilometer i diameter. Vær oppmerksom på at solen er 1,4 millioner km på tvers nå! Så du må lage objekter utrolig små og tette for at de skal bli sorte hull.
Vi tror nå at hver stor galakse i universet har et supermassivt svart hull i midten, med millioner eller til og med milliarder ganger solens masse. De Melkeveien har en som er mer enn 4 millioner ganger solens masse, for eksempel.
M87 er en elliptisk galakse i hjertet av Virgo Cluster, en samling av hundrevis av galakser spredt over himmelen mellom stjernebildene Leo og Jomfruen. Det er en enorm galakse, lys nok til å bli sett med bare en kikkert, selv om den er 55 millioner lysår unna.
Det er også en aktiv galakse : I motsetning til det supermassive sorte hullet i Melkeveien, slukker det i sentrum av M87 aktivt stoff. Materiale, for det meste gass og støv, faller ned i det, og som det gjør, danner det en flat disk som kalles en akkresjonsskive som starter like utenfor hendelseshorisonten og strekker seg over mange milliarder kilometer. Hastigheten den virvler rundt avhenger av avstanden fra hendelseshorisonten; ting veldig nært beveger seg nesten med lysets hastighet, mens ting lenger ut er tregere.
De grunnleggende komponentene i et aktivt svart hull inkludert hendelseshorisonten, akkresjonsdisken og jetflyet. Kreditt: AT
Siden materialet gnir seg sammen, genererer det friksjon, og det genererer igjen varme. EN mye av varme. Som en mye mye. Tenk deg å gni hendene sammen i lysets hastighet! Materialet i disken blir oppvarmet til millioner av grader, og ting som varm lyser voldsomt og avgir enorme mengder lys.
Det er materialet du ser i Event Horizon Telescope -bildet*. Dette gir en bakgrunnsglød rundt det sorte hullet. Men tyngdekraften til det sorte hullet forvrider det og bøyer banen lyset tar. Lys fra materiale bak det sorte hullet blir bøyd rundt det, så vi faktisk kan se det! Jo nærmere det sorte hullet, jo mer blir det bøyd, til det ikke lenger kan sees mer rett ved omrisset av hendelseshorisonten sett fra jorden. Derfor ser den delen mørk ut.
Lysbanen rundt et svart hull blir alvorlig forvrengt av tyngdekraften. I dette diagrammet er jorden til høyre, og lys fra materiale bak det sorte hullet blir bøyd mot oss og etterlater et hull der selve det sorte hullet er. Kreditt: Nicolle R. Fuller/NSF
det du gjør! den tingen du gjør
Men vent! Det er mer!
Det er en effekt som kalles relativistisk stråling , forårsaket av den utrolig raske bevegelsen av materialet når det går i bane rett utenfor det sorte hullet. Hvis du holder en lyspære foran deg, ekspanderer lyset i en kule, i alle retninger, men hvis den lyspæren beveger seg nær lysets hastighet, ser det ut til at lyset vi ser fra den stråler ut, som en lommelykt , rettet inn i retningen den beveger seg. Denne bisarre effekten betyr at et objekt på vei mot deg nær lysets hastighet ser lysere ut, fordi mer av lyset er fokusert mot deg, og noe som beveger seg bort, ser mørkere ut, fordi lyset er fokusert bort fra deg.
Se nå igjen på Event Horizon Telescope -bildet. Ser du hvordan tingene på bunnen av ringen er lysere enn tingene på toppen? Det skyldes relativistisk stråling! Materialet i bunnen er på vei mot oss, og lysere enn materialet på toppen, som er på vei bort fra oss. Det forteller oss hvilken retning akkresjonsdisken snurrer. Selve det sorte hullet snurrer også, i samme betydning som disken, så det forteller oss også at fra vårt synspunkt snurrer det sorte hullet med klokken.
Jeg vil ikke lyve for deg: Da jeg først så på bildet og skjønte hva jeg så, sto håret på nakken bak.
De åtte teleskopene over jorden som består av Event Horizon Telescope. Kreditt: University of Arizona / Dan Merrone
Teknologien som tillot astronomer å lage dette bildet er utrolig. De brukte åtte forskjellige teleskoper rundt om i verden - Arizona, Chile, Mexico, Spania, Hawaii og Antarktis - for å observere M87s sorte hull. Disse teleskopene ser ikke optisk lys som øynene våre, men er i stedet følsomme for lys i millimeterbølgelengdeområdet, nærmere radiobølger enn optisk lys . Disse millimeterbølgene beveger seg med lysets hastighet (fordi de er lette) og når teleskopene på litt forskjellige tidspunkter. Hvert teleskop observerer nøye disse bølgene, og hvis du kombinerer denne informasjonen, er det som om du har et virtuelt teleskop på størrelse med rommet mellom de to observatoriene.
Dette kalles interferometri . Når du kombinerer bølgene sett på to steder, forstyrrer de konstruktivt og destruktivt med hverandre og skaper utkant. Det er som når du skvetter rundt i et badekar; bølgetoppene legger seg noen ganger sammen og spruter ut karet, mens kummen kombineres for å slippe vannstanden rundt deg. Disse kombinasjonene av kam og trau er utkantene. I et interferometrisk teleskopoppsett jobber informasjonen i alt som kan snus, bakover for å lage et bilde av bildet som sender bølgene til deg. Det er voldsomt komplekst arbeid og lettere ved lengre bølgelengder, og derfor ble millimeterbølgeteleskoper brukt (optisk lys har mye, mye kortere bølgelengde, og derfor er optisk interferometri mye vanskeligere).
Når alt er kombinert, fungerer Event Horizon Telescope som en enkelt tallerken størrelsen på planeten vår . Slik kunne den i det hele tatt se noen detaljer i det sorte hullet M87. Selv om det er enormt, 40 milliarder kilometer på tvers, er det 55 millioner lysår unna, så fra jorden er det bare omtrent fire milliarddeler av en grad i størrelse!
Månen på himmelen er en halv grad bred, så dette sorte hullbildet er ekvivalent å se en marmor på månen . Eller mer nøyaktig, en svart marmor med et glødende gummibånd bundet rundt den.
Dette er en fantastisk prestasjon, virkelig en ny æra innen astronomi. Vi har sett effekten av sorte hull i flere tiår: Materiale som kretser rundt dem og blir fryktelig varmt; stråler av materie og energi som skyter vekk fra dem mens det latterlig sterke magnetfeltet i akkresjonsskiven river materiale av og kaster det vekk med enorm hastighet; og til og med virkningene av vår egen galakses supermassive sorte hull på stjernene rundt den, og ser i sanntid mens de pisker rundt den med høy hastighet.
Og vi har fordypet oss i fysikken til sorte hull takket være ligningene som har blitt utarbeidet av strålende sinn gjennom mange tiår, og lært hvordan de forvrider rom og tid, hva som skjer nær hendelseshorisonten, hva som skjer utenfor det, og noen ganger til og med regner ut hva skjer inne.
Men dette er første gang vi har sett hendelseshorisonten til et svart hull. Og det blir bedre herfra; flere teleskoper vil bli lagt til for å få bedre oppløsning, forskjellige bølgelengder sett vil presse mer informasjon ut av det vi ser, og enda kulere, flere sorte hull - inkludert våre i sentrum av Melkeveien - vil bli undersøkt på denne måten .
Svarte hull er mørke, men fremtiden deres er veldig lys.
* Merk: Event Horizon Telescope så også på det sorte hullet i midten av galaksen vår, men det er mye vanskeligere å lage et bilde av det på grunn av hvor variabel det er, og endret lysstyrken i en skala fra timer og dager. Det sorte hullet M87 er mer stabilt, så det er lettere å se. Med en sære geometri er det omtrent 1600 ganger større enn vårt sorte hull, men omtrent 2000 ganger lenger unna, så det ser omtrent like stort ut som vårt fra jorden.
