Изображението с черна дупка потвърждава теорията на относителността на Айнщайн

Накрая се измъкна от сенките. Изображение чрез Съдействие на хоризонталния телескоп.

От Kevin Pimbblet, University of Hull

Черните дупки са дългогодишни суперзвезди на научната фантастика. Но холивудската им слава е малко странна, като се има предвид, че никой никога не е виждал всъщност - поне досега. Ако трябва да видите, за да повярвате, тогава благодарете на телескопа на хоризонта на събитията (EHT), който току-що е произвел първото в момента пряко изображение на черна дупка. Този невероятен подвиг изисква глобално сътрудничество, за да превърне Земята в един гигантски телескоп и да изобрази обект на хиляди трилиони километри.

Колкото и зашеметяващ и разрушителен да е, проектът на EHT не е просто да поеме предизвикателство. Това е безпрецедентен тест дали идеите на Айнщайн за самата природа на пространството и времето се задържат при екстремни обстоятелства и изглежда по-близо от всякога до ролята на черните дупки във Вселената.

Накратко: Айнщайн беше прав.

Заснемане на непокорните

Черната дупка е област от космоса, чиято маса е толкова голяма и плътна, че дори светлината не може да избяга от гравитационното си привличане. На черния фон на мастилото отвъд, заснемането на една е почти невъзможна задача. Но благодарение на новаторската работа на Стивън Хокинг знаем, че колосалните маси не са само черни пропасти. Те не само са в състояние да излъчват огромни струи плазма, но и огромната им гравитация тегли в потоците на материята в нейното ядро.

Кейти Буман помогна за разработването на алгоритъма, който позволи на света да види как всъщност изглежда черна дупка.

Ето я само мигове след обработката на първото изображение. pic.twitter.com/AK9ZHQjJ2r

- Необвързан (@UE) 11 април 2019 г.

Когато материята наближи черна дупка до хоризонта на събитията точката, в която дори светлина не може да избяга, тя образува орбитален диск. Материята в този диск ще преобразува част от енергията си в триене, докато се трие върху други частици от материята. Това загрява диска, точно когато затопляме ръцете си в студен ден, като ги трием заедно. Колкото по-близо е материята, толкова по-голямо е триенето. Материята по-близо до хоризонта на събитията свети блестящо ярко с топлината на стотици слънца. Именно тази светлина EHT засича, заедно с silhouette на черната дупка.

Изготвянето на изображението и анализирането на такива данни е невероятно трудна задача. Като астроном, който изучава черни дупки в далечни галактики, обикновено не мога дори да изобразя ясно ясно нито една звезда в тези галактики, камо ли да виждам черната дупка в техните центрове.

Екипът на EHT реши да насочи две от най-близките до нас супермасивни черни дупки както в голямата елипсовидна галактика M87, така и в Стрелец A *, в центъра на нашия Млечен път.

За да се усети колко трудна е тази задача, докато Черната дупка на Млечния път има маса от 4, 1 милиона слънца и диаметър 60 милиона километра [37 мили мили], тя е на 250 614 750, 218, 665, 392 километра [155, 724, 785, 574, 924 740 мили] далеч от Земята това е еквивалент на пътуването от Лондон до Ню Йорк 45 трилиона пъти. Както отбелязва екипът на EHT, това е като да си в Ню Йорк и да се опитваш да преброиш трапчинките на топка за голф в Лос Анджелис или да изобразиш портокал на Луната.

За да снима нещо толкова невъзможно далеч, екипът се нуждаеше от телескоп, голям колкото самата Земя. При липсата на такава машина, екипът на EHT свързва телескопи от цялата планета и комбинира своите данни. За да заснемат точно изображение на такова разстояние, телескопите трябваше да бъдат стабилни, а показанията им напълно синхронизирани.



Как изследователите заснели първото изображение на черна дупка.

За да осъществи този предизвикателен подвиг, екипът използва атомните часовници толкова точно, че губи само една секунда на сто милиона години. Събраните 5000 терабайта данни бяха толкова големи, че трябваше да бъдат съхранени на стотици твърди дискове и физически доставени на суперкомпютър, което коригира разликите във времето в данните и създаде изображението по-горе.

Обща относителност отмъсти

С чувство на възбуда наблюдавах потока на живо, показващ изображението на черната дупка от центъра на M87 за първи път.

Най-важното начално приемане е, че Айнщайн е бил прав. Отново. Общата му теория на относителността е преминала два сериозни теста от най-екстремните условия на Вселената през последните няколко години. Тук теорията на Айнщайн е предвидила наблюденията от М87 с необичайна точност и е привидно правилното описание на естеството на пространството, времето и гравитацията.

Измерванията на скоростите на материята около центъра на черната дупка съответстват на близостта до скоростта на светлината. От изображението учените от EHT определиха, че черната дупка M87 е 6, 5 милиарда пъти по-голяма от масата на слънцето и 40 милиарда км [25 милиарда мили] по-голяма - това е 200-годишната орбита на Слънцето на Нептун.

Черната дупка на Млечния път беше твърде предизвикателна, за да се изобрази точно този път, поради бързата променливост на светлинния изход. Да се ​​надяваме, че в масива на EHT скоро ще бъдат добавени още телескопи, за да се получат все по-ясни изображения на тези очарователни обекти. Не се съмнявам, че в близко бъдеще ще можем да надникнем в тъмното сърце на нашата собствена галактика.

Кевин Пимбълт, старши преподавател по физика, Университет Хъл

Долен ред: Физик обяснява как изображението на черната дупка помага да се поддържа теорията на относителността на Айнщайн.

Тази статия е преиздадена от разговора под лиценз Creative Commons. Прочетете оригиналната статия.