изследване

10 научни факти, които сме научили от първата снимка на черната дупка

Идеята за черните дупки датира от 1783 г., когатоУченът от Кеймбридж Джон Мишел осъзнал, че достатъчно масивен обект в достатъчно малко пространство може да привлече дори и светлина, която не позволява тя да избяга. След повече от век Карл Шварцшилд намира точното решение на общата теория на относителността на Айнщайн, която предвижда същия резултат: черна дупка. И Микел, и Шварцшилд предричаха ясна връзка между хоризонта на събитието или радиуса на област, от която светлината не може да избяга, и масата на черната дупка.

За 103 години след Шварцшилдпредвижданията не можаха да го проверят. И едва на 10 април 2019 г. учените откриха първата снимка на хоризонта на събитията. Теорията на Айнщайн отново работи, както винаги.

Въпреки че вече знаехме доста за черните дупки, още преди да се появи първата снимка на хоризонта на събитията, тя се промени и изясни много. Имахме много въпроси, които сега имат отговори.

Между другото, тук са 10 факти за черните дупки, които всеки трябва да знае.

10 април 2019 г. Събитие Horizon CollaborationТелескопът представи първия успешен изстрел на хоризонта на събитията в черната дупка. Тази черна дупка е в галактиката Messier 87: най-голямата и най-масивна галактика в нашия местен суперкласт галактики. Ъгловият диаметър на хоризонта на събитието е 42 микро-дъгови секунди. Това означава, че за да покриеш цялото небе, ти трябва 23 квадрилиона черни дупки с еднакъв размер.

На разстояние от 55 милиона светлинни години,Очакваната маса на тази черна дупка е 6,5 милиарда пъти по-голяма от слънчевата. Физически, това съответства на размер, по-голям от размера на орбитата на Плутон около Слънцето. Ако нямаше черна дупка, светлината се нуждаеше от около ден, за да премине през диаметъра на хоризонта на събитията. И само защото:

  • Телескопът на хоризонта на събитията има достатъчно резолюция, за да види тази черна дупка
  • черната дупка силно излъчва радиовълни
  • много малко радиовълни във фонов режим, за да попречат на сигнала

успяхме да направим първия изстрел. От които сме научили десет дълбоки урока.

Научихме как изглежда черна дупка. Какво следва?

Това е истинска черна дупка, както е предсказано от GR, Ако някога сте виждали статия със заглавиетокато "теоретикът смело твърди, че черните дупки не съществуват" или "тази нова теория на гравитацията може да обърне Айнщайн", предполагате, че физиците нямат проблеми с изобретяването на алтернативни теории. Въпреки че ГР е преминал всички тестове, с които го подложихме, физиците нямат недостиг на разширения, замествания или възможни алтернативи.

А виждането на черна дупка елиминира огромното имсумата от. Сега знаем, че това е черна дупка, а не дупка. Знаем, че хоризонтът на събитията съществува и че той не е гола сингулярност. Знаем, че хоризонтът на събитието не е твърда повърхност, тъй като падащото вещество трябва да произвежда инфрачервен подпис. И всички тези наблюдения съответстват на общата теория на относителността.

Но това наблюдение не казва нищо за тъмнинатаматерия, най-модифицираните теории за гравитацията, квантовата гравитация или това, което се намира извън хоризонта на събитията. Тези идеи са извън обхвата на наблюденията на EHT.

Гравитационната динамика на звездите дава добри оценки за масите на черна дупка; наблюдение на газ - не, Преди първото изображение на черната дупка имахме няколко различни начина за измерване на масата на черните дупки.

Можем или да използваме звездни измервания -подобно на индивидуалните орбити на звезди близо до черна дупка в нашата собствена галактика или на абсорбционните линии на звездите в М87 - които ни дадоха гравитационна маса или емисии от газ, който се движи около централна черна дупка.

И за нашата галактика, и за М87, тези двеоценките са много различни: гравитационните оценки са с 50-90% повече от газа. За М87, измерванията на газ показаха, че черната дупка е имала маса от 3.5 милиарда слънца, докато гравитационните измервания са били по-близки до 6.2–6.6 милиарда, но резултатите от ЕНТ показаха, че черната дупка има 6.5 милиарда слънчеви маси, което означава гравитационната динамика е отличен показател за масата на черните дупки, но заключенията за газа се изместват към по-ниски стойности. Това е чудесна възможност за преглед на нашите астрофизични предположения за орбиталния газ.

</ P>

Тя трябва да бъде въртяща се черна дупка, а оста на въртене - далеч от Земята., Като наблюдаваме хоризонта на събитията,Радиоизлъчването около него, широкомащабната струя и удълженото радиоизлъчване, измерени от други обсерватории, EHT е определило, че това е черна Кер (черна дупка), а не Schwarzschild (не се върти).

Нито една проста характеристика на черна дупкабихме могли да изучим това естество. Вместо това трябва да изградим модели на черната дупка и материята извън нея и след това да ги развием, за да разберем какво се случва. Когато търсите възможни сигнали, които могат да се появят, получавате възможност да ги ограничите, така че да съответстват на вашите резултати. Тази черна дупка трябва да се върти и оста на въртене показва приблизително 17 градуса от Земята.

Накрая успяхме да определим, че има вещество около черна дупка, което съответства на акреционните дискове и потоци., Вече знаехме, че М87 е имал самолетоптични наблюдения - и това, което тя излъчва в радиовълните и рентгеновите лъчи. Този вид радиация не може да се получи само от звезди или фотони: имате нужда от вещество, както и от електрони. Само чрез ускоряване на електроните в магнитно поле можем да получим характерното радиоизлъчване, което видяхме: синхротронно лъчение.

И то също изискваше невероятно количестворабота по моделиране. Завъртайки различни параметри на всички възможни модели, ще научите, че тези наблюдения изискват не само аккреционални потоци, за да се обяснят резултатите от радиото, но и непременно да се предскажат резултати от не-радиовълни, като рентгеново излъчване. Най-важните наблюдения бяха направени не само от EHT, но и от други обсерватории, като например рентгеновия телескоп Chandra. Агреционните потоци трябва да се загряват, както е видно от магнитния спектър на магнитното излъчване М87, в съответствие с релативистично ускорените електрони в магнитното поле.

Видимият пръстен показва гравитацията и обективността около централна черна дупка; и отново GRT беше тестван, Този радио-пръстен не съвпадахоризонта на събитията и не съответства на пръстена на въртящите се частици. И това също не е най-стабилната кръгова орбита на черна дупка. Не, този пръстен възниква от сферата на гравитационно обвитите фотони, пътищата на които са изкривени от гравитацията на черна дупка по пътя към очите ни.

Тази светлина се огъва в по-голяма сфера, отколкото човек би очаквал, ако гравитацията не беше толкова силна. Както пише в Съвместна работа с телескопи: Horizon Event:

"Открихме, че повече от 50% от общия поток в. \ Tъгловите секунди минават близо до хоризонта и това излъчване е рязко потиснато, когато влезе в този район с 10 пъти, което е пряко доказателство за предвижданата сянка на черна дупка. "

Общата теория на относителността на Айнщайн отново се оказа вярна.

Черните дупки са динамични явления, радиацията им се променя с времето., С маса 6,5 милиарда слънца, светлинаЩе отнеме около един ден, за да преодолеем хоризонта на събитията в черната дупка. Това грубо определя времевата рамка, в която можем да очакваме да видим промени и флуктуации на радиацията, наблюдавана от EHT.

Дори наблюдения, които продължиха няколко дни,ни позволи да потвърдим, че структурата на емитираното лъчение се променя с времето, както е предсказано. Данните за 2017 г. съдържат четири нощни наблюдения. Дори ако погледнем тези четири изображения, визуално ще видим, че първите две имат подобни черти и последните две, но има и значителни разлики между първия и последния. С други думи, радиационните свойства около черната дупка в М87 се променят с времето.

EHT в бъдеще ще разкрие физическия произход на черните дупки., Видяхме както в рентгенови снимки, така и врадиочестотен обхват, че черна дупка в центъра на нашия Млечен път излъчва краткотрайни излъчвания. Въпреки че първото показано изображение на черна дупка показва супермасивен обект в М87, черната дупка в нашата галактика - Стрелец А * - ще бъде също толкова голяма, само че ще се промени по-бързо.

В сравнение с масата на М87 - 6,5 млрд. ЕвроСлънчевите маси - масата на Стрелец A * ще бъде само 4 милиона слънчеви маси: 0.06% от първата. Това означава, че колебанията ще се наблюдават не само през деня, но и в рамките на една минута. Характеристиките на черната дупка ще се променят бързо и когато настъпи светкавица, ще можем да разкрием нейната природа.

Как светкавиците са свързани с температурата и осветеносттарадио картини, които видяхме? Има ли магнитно повторно свързване, както при изхвърлянията на короналната маса на нашето Слънце? Дали нещо се счупва в потоците на натрупване? Стрелец A * мига ежедневно, за да можем да свържем всички необходими сигнали с тези събития. Ако нашите модели и наблюдения са толкова добри, колкото са се оказали за М87, можем да определим какво движи тези събития и може би дори да открием какво попада в черна дупка, създавайки ги.

Ще се появят поляризационни данни, които ще разкрият дали черните дупки имат вътрешно магнитно поле., Въпреки, че всички ние определено се радваме да видимПървият изстрел на хоризонта на черната дупка е важно да се разбере, че скоро ще се появи напълно уникална картина: поляризацията на светлината, излъчвана от черната дупка. Благодарение на електромагнитната природа на светлината, нейното взаимодействие с магнитното поле ще отпечатва върху него специален поляризационен подпис, който ни позволява да реконструираме магнитното поле на черната дупка, както и как се променя с времето.

Знаем, че веществото е извън хоризонта.събития, като същевременно движат заредени частици (като електрони), генерира собствено магнитно поле. Моделите показват, че линиите на полето могат или да останат в акреционни потоци, или да преминават през хоризонта на събитията, образувайки един вид “котва” в черна дупка. Има връзка между тези магнитни полета, натрупването и растежа на черна дупка, както и струи. Без тези полета материята в акреционните потоци не може да загуби своя ъглов момент и да падне в хоризонта на събитията.

Данните за поляризацията, поради силата на поляриметричната визуализация, ще ни разкажат за това. Вече имаме данните: остава да извършим пълен анализ.

подобрение събитие хоризонт Телескопът ще покаже наличието на други черни дупки в близост до галактическите центрове., Когато планетата се върти около слънцето, тяне само поради факта, че Слънцето има гравитационен ефект върху планетата. Винаги има еднаква и противоположна реакция: планетата има ефект върху слънцето. По същия начин, когато обект се върти около черна дупка, той също упражнява гравитационно налягане върху черната дупка. В присъствието на цял набор от маси в близост до центровете на галактиките - и на теория - множество невидими, но черни дупки - централната черна дупка трябва буквално да трепери на мястото си, да бъде изтласкана от броуновското движение на околните тела.

Трудността на това измерване днесе, че имате нужда от контролна точка, за да калибрирате позицията си спрямо местоположението на черна дупка. Техниката за такова измерване предполага, че гледате на калибратора, след това на източника, отново на калибратора, отново при източника и т.н. В този случай трябва да преместите окото много бързо. За съжаление, атмосферата се променя много бързо и за 1 секунда много може да се промени, така че просто нямате време да сравнявате двата обекта. Във всеки случай, не със съвременни технологии.

Но технологиите в тази област се развиват.невероятно бързо. Инструментите, които се използват в EHT, очакват актуализации и могат да постигнат необходимата скорост до средата на 2020-те години. Този пъзел може да бъде решен до края на следващото десетилетие, и всичко това благодарение на подобряването на инструментариума.

най-накрая, събитие хоризонт Телескопът евентуално ще види стотици черни дупки, За да разглобите една черна дупка, трябваРазделителната способност на телескопния масив е по-добра (т.е. висока резолюция) от размера на обекта, който търсите. Понастоящем EHT може да направи само три известни черни дупки във Вселената с достатъчно голям диаметър: Стрелец A *, център M87, център на галактиката NGC 1277.

Но можем да увеличим силата на окото на Event Horizon.Телескоп с размерите на Земята, ако пуснем телескопи в орбита. На теория това вече е технически постижимо. Увеличаването на броя на телескопите увеличава броя и честотата на наблюденията и в същото време резолюцията.

Извършвайки необходимите подобрения, вместо 2-3 галактики, можем да намерим стотици черни дупки или дори повече. Бъдещето на албумите с черна дупка изглежда светло.

Проектът на телескопа на хоризонта на събитието беше скъп,но той се отплати. Днес ние живеем в ерата на астрономията на черните дупки и накрая успяхме да ги наблюдаваме със собствените си очи. Това е само началото. Абонирайте се за нашия телеграфен канал, за да получавате всички новини от този невидим фронт.