Musta augu pilt kinnitab Einsteini relatiivsusteooriat

Lõpuks lohistati varjudest välja. Pilt sündmuse horisondi teleskoobi koostöö kaudu.

Autor Kevin Pimbblet, Hulli ülikool

Mustad augud on ulme pikaajalised superstaarid. Kuid nende Hollywoodi kuulsus on pisut kummaline, arvestades seda, et keegi pole seda kunagi varem näinud - vähemalt seni. Kui teil oli vaja näha, et uskuda, siis tänage sündmuse horisontaalteleskoopi (EHT), mis just lõi esimest korda musta auku otsepildi. See hämmastav saavutus nõudis ülemaailmset koostööd, et muuta Maa üheks hiiglaslikuks teleskoobiks ja kujutada objekti tuhandete triljonite kilomeetrite kaugusel.

Nii uimastav ja murranguline kui see ka pole, ei tähenda EHT projekt üksnes väljakutse vastuvõtmist. See on enneolematu test selle kohta, kas Einsteini ideed ruumi ja aja olemuse kohta püsivad äärmuslikes olukordades ja vaatavad lähemalt kui kunagi varem mustade aukude rolli universumis.

Pika jutu lühikeseks lõikamiseks: Einsteinil oli õigus.

Vallatu hõivamine

Must auk on ruumi piirkond, mille mass on nii suur ja tihe, et isegi grammid ei pääse selle gravitatsioonilisest küljest. Tindi musta tausta taustal on selle hõivamine peaaegu võimatu ülesanne. Kuid tänu Stephen Hawkingi murrangulisele teosele teame, et kolossaalsed massid pole lihtsalt mustad kuristikud. Nad mitte ainult ei suuda emiteerida tohutut plasmajoa, vaid nende tohutu gravitatsioon tõmbab ainevooge selle tuuma.

Katie Bouman aitas välja töötada algoritmi, mis võimaldas maailmal näha, milline must auk tegelikult välja näeb.

Siin on ta vaid hetked pärast esimese pildi töötlemist. pic.twitter.com/AK9ZHQjJ2r

- Unearted (@UE) 11. aprill 2019

Kui mateeria läheneb mustale augule horisondi kaudu, kuhu isegi valgus ei pääse, moodustab see tiirleva ketta. Selle ketta materjal teisendab osa oma energiast hõõrdumiseks, kui see hõõrub aine muude osakeste vastu. See soojendab ketast, samal ajal kui soojendame käsi külmal päeval, hõõrudes neid kokku. Mida lähemal asi, seda suurem on hõõrdumine. Sündmuste horisondi lähemal asuv aine helendab sadade päikeste kuumaga hiilgavalt eredalt. Just selle valguse tuvastas EHT koos musta augu silueet .

Kujutise valmistamine ja selliste andmete analüüsimine on hämmastavalt raske ülesanne. Astronoomina, kes uurib kaugete galaktikate mustaid auke, ei suuda ma tavaliselt isegi neis galaktikates üht tähte kujutada, rääkimata musta augu nägemisest nende keskpunktis.

EHT meeskond otsustas suunata meile kaks kõige lähedasemat supermassiivset musta auku - nii suures elliptilise kujuga galaktikas M87 kui ka Ambur A *, meie Linnutee keskmes.

Et anda aimu, kui raske see ülesanne on, kuigi Linnutee musta augu mass on 4, 1 miljonit päikest ja läbimõõt 60 miljonit kilomeetrit [37 miljonit miili], on see 250 614 750, 218, 665, 392 kilomeetrit [155, 724, 785, 574, 924, 740 mi] kaugusel. Maalt - see on samaväärne reisimisega Londonist New Yorki 45 triljonit korda. Nagu EHT meeskond märkis, on see nagu New Yorgis viibimine ja Los Angelese golfipalli tuhmide proovimine või kuusel oranži kujutamine.

Millegi nii võimatult kauge pildistamiseks vajas meeskond teleskoopi, mis oleks sama suur kui Maa ise. Sellise hiiglasliku masina puudumisel ühendas EHT meeskond kogu planeedi teleskoobid ja ühendas nende andmed. Sellise kauguse täpse pildi saamiseks pidid teleskoobid olema stabiilsed ja nende näidud täielikult sünkroonitud.



Kuidas teadlased hõivasid musta auku esimese pildi.

Selle väljakutsuva ülesande täitmiseks kasutas meeskond aatomkellasid, mis olid nii täpsed, et kaotavad saja miljoni aasta jooksul vaid ühe sekundi. Kogutud 5000 terabaiti andmeid oli nii palju, et neid tuli salvestada sadadesse kõvaketastesse ja füüsiliselt edastada superarvutile, mis parandas andmete ajalisi erinevusi ja tekitas ülaltoodud pildi.

Üldine relatiivsus on õigustatud

Põnevusega jälgisin otseülekannet, kus näidati esimest korda musta augu pilti M87 keskusest.

Kõige olulisem esialgne kojujõudmine on see, et Einsteinil oli õigus. Jälle. Tema üldine relatiivsusteooria on läbinud universumi viimase paari aasta kõige ekstreemseimate tingimuste kaks tõsist testi. Siin ennustas Einsteini teooria M87 vaatlusi lakkamatu täpsusega ja näib olevat ruumi, aja ja gravitatsiooni olemuse õige kirjeldus.

Aine kiiruse mõõtmised musta augu keskpunkti ümber on kooskõlas valguse kiiruse lähedal olemisega. Selle pildi põhjal leidsid EHT teadlased, et M87 musta augu mass on 6, 5 miljardit korda suurem kui päikese mass ja 40 miljardit km (25 miljardit miili) - see on suurem kui Neptuuni 200-aastane päikese orbiit.

Linnutee must auk oli seekord valguse kiire muutlikkuse tõttu liiga keeruline, et seda täpselt pildistada. Loodetavasti lisandub EHT-i massiivi peagi veel teleskoope, et saada neist põnevatest objektidest aina selgemad pildid. Ma ei kahtle, et lähitulevikus suudame heita pilgu meie enda galaktika tumedale südamele.

Kevin Pimbblet, Hulgi ülikooli füüsika vanemlektor

Alumine rida: füüsik selgitab, kuidas musta augu pilt aitab toetada Einsteini relatiivsusteooriat.

See artikkel on avaldatud väljaandes The Conversation Creative Commonsi litsentsi all. Lugege algset artiklit.