Forskning

10 videnskabelige fakta, som vi har lært fra det første billede af det sorte hul

Ideen om sorte huller går tilbage til 1783, hvornårCambridge videnskabsmanden John Michelle indså, at et tilstrækkeligt massivt objekt i et tilstrækkeligt lille rum kan tiltrække lige lys, hvilket forhindrer det i at undslippe. Efter mere end et århundrede fandt Karl Schwarzschild den nøjagtige løsning til Einsteins generelle relativitetsteori, som forudsagde det samme resultat: et sort hul. Både Michell og Schwarzschild forudsagde en klar forbindelse mellem begivenhedshorisonten eller radius af en region, hvorfra lys ikke kan undslippe, og massen af ​​et sort hul.

I 103 år efter Schwarzschildforudsigelser kunne ikke bekræfte det. Og kun den 10. april 2019 afslørede videnskabsmænd det første billede af hændelsens horisont. Einsteins teori fungerede igen som altid.

Selv om vi allerede vidste meget om sorte huller, selv før det første øjebliksbillede af arrangementshorisonten optrådte, ændrede og præciserede vi det meget. Vi havde mange spørgsmål, der nu har svar.

Forresten er her 10 fakta om sorte huller, som alle bør vide.

10. april 2019 Event Horizon CollaborationTeleskop præsenterede det første succesfulde skud af hhv. Dette sorte hul er i Messier 87 Galaxy: den største og mest massive galakse i vores lokale superkluster af galakser. Vinkeldiameteren af ​​hændelseshorisonten var 42 mikrobue sekunder. Det betyder, at du har brug for 23 quadrillion sorte huller af samme størrelse for at dække hele himmelen.

I en afstand på 55 millioner lysår,Den anslåede masse af dette sorte hul er 6,5 milliarder gange solvaren. Fysisk svarer dette til en størrelse, der er større end størrelsen af ​​Pluto-bane omkring solen. Hvis der ikke var noget sort hul, ville lyset have brug for omkring en dag for at gå gennem diameteren af ​​arrangementshorisonten. Og bare fordi:

  • Event Horizon teleskopet har nok opløsning til at se dette sorte hul
  • sort hul udstråler stærkt radiobølger
  • meget få radiobølgeemissioner i baggrunden for at forstyrre signalet

vi var i stand til at lave dette første skud. Herfra har vi lært ti dybe lektioner.

Vi lærte, hvordan et sort hul ser ud. Hvad er næste?

Dette er et ægte sort hul, som forudsagt af GR. Hvis du nogensinde har set en artikel med titlensom "teoretikeren hævder dristigt at der ikke findes sorte huller" eller "denne nye tyngdeorientering kan slå Einstein", du gætter på, at fysikere ikke har problemer med at opfinde alternative teorier. På trods af at GR har bestået alle de tests, som vi har udsat for det, har fysikere ingen mangel på udvidelser, udskiftninger eller mulige alternativer.

Og at se et sort hul eliminerer deres enormemængden af. Nu ved vi, at dette er et sort hul, ikke et ormhul. Vi ved, at hændelseshorisonten eksisterer, og at det ikke er en ren singularitet. Vi ved, at begivenhedshorisonten ikke er en hård overflade, da det faldende stof skal producere en infrarød signatur. Og alle disse observationer svarer til den generelle relativitetsteori.

Denne observation siger dog ikke noget om mørketmaterie, de mest modificerede teorier om tyngdekraften, kvante tyngdekraft, eller hvad der ligger ud over begivenhedens horisont. Disse ideer er uden for omfanget af EHT observationer.

Stjernens gravitationsdynamik giver gode estimater for masserne af et sort hul; gas observation - nr. Før det første sorte hulbillede havde vi flere forskellige måder at måle massen af ​​sorte huller på.

Vi kunne enten bruge stjerne målinger -som de enkelte kredsløb af stjerner nær et sort hul i vores egen galakse eller stjernens absorptionslinjer i M87 - hvilket gav os en tyngdekraftmasse eller emissioner fra en gas, der bevæger sig omkring et centralt sort hul.

Både for vores galakse og for M87, disse toEstimaterne var meget forskellige: Gravitationsoverslag var 50-90% mere end gas. For M87 viste gasmålinger, at det sorte hul har en masse på 3,5 milliarder soler, mens tyngdekraftmålinger var tættere på 6,2-6,6 milliarder. Men EHT-resultaterne viste, at det sorte hul har 6,5 milliarder solmasser, hvilket betyder gravitationsdynamikken er en glimrende indikator for massen af ​​sorte huller, men konklusionerne om gasskiftet hen imod lavere værdier. Dette er en fantastisk mulighed for at gennemgå vores astrofysiske antagelser om orbitalgas.

</ p>

Det skal være et roterende sort hul, og dets rotationsakse peger væk fra jorden.. Ved at observere arrangementshorisonten,radioemissionen omkring den, storstråle og udvidet radioemission målt af andre observatorier, har EHT fastslået, at det er et Kerr (roterende) sort hul og ikke et Schwarzschild (ikke roterende).

Ikke et enkelt simpelt træk ved et sort hulvi kunne studere for at bestemme denne karakter. I stedet skal vi bygge modeller af det sorte hul og sagen uden for det, og udvikle dem for at forstå, hvad der sker. Når du ser efter mulige signaler, der kan vises, får du mulighed for at begrænse dem, så de er i overensstemmelse med dine resultater. Dette sorte hul skal rotere, og rotationsaksen angiver ca. 17 grader fra jorden.

Vi kunne endelig afgøre, at der er et stof omkring et sort hul, der svarer til accretion diske og vandløb.. Vi vidste allerede, at M87 havde en jet-byoptiske observationer - og hvad hun også udsendte i radiobølgen og røntgenstrålerne. Denne form for stråling kan ikke kun opnås fra stjerner eller foton: du har brug for et stof såvel som elektroner. Kun ved at accelerere elektroner i et magnetfelt kan vi få den karakteristiske radioemission, som vi så: synkrotronstråling.

Og det krævede også en utrolig mængdemodelleringsarbejde. Forvridning af forskellige parametre af alle mulige modeller, vil du lære at disse observationer ikke kun kræver akkretionære fluxer til at forklare radioresultater, men forudsiger også nødvendigvis ikke-radiobølgeresultater, såsom røntgenstråling. De vigtigste observationer blev lavet ikke kun af EHT, men også af andre observatorier som Chandra X-ray teleskopet. Accretionsflusserne skal opvarmes, som det fremgår af magnetisk magnetisk strålingsspektrum i overensstemmelse med relativistiske accelererede elektroner i et magnetfelt.

Den synlige ring viser tyngdekraften og linse omkring et centralt sort hul; og igen blev GRT testet. Denne radiopresse stemmer ikke overensHændelsens horisont og svarer ikke til ringen af ​​roterende partikler. Og det er heller ikke den mest stabile cirkulære kredsløb i et sort hul. Nej, denne ring stammer fra sfæren af ​​tyngdepunktslinserede fotoner, hvis stier er bøjet af tyngdekraften af ​​et sort hul på vejen til vores øjne.

Dette lys bøjer ind i en større kugle, end man ville forvente, hvis tyngdekraften ikke var så stærk. Som han skriver i Event Horizon Telescope Collaboration:

"Vi fandt, at mere end 50% af den samlede strøm indbukkefæller passerer nær horisonten, og at denne stråling er stærkt undertrykt, når den kommer ind i denne region med 10 gange, hvilket er direkte bevis for den forventede skygge af et sort hul. "

Einsteins generelle relativitetsteori viste sig igen at være sandt.

Sorte huller er dynamiske fænomener, deres stråling ændrer sig med tiden.. Med en masse på 6,5 mia. Sol, lysDet tager cirka en dag at overvinde hhv. Dette angiver omtrent det tidsrum, inden for hvilket vi kan forvente at se ændringer og udsving i den stråling, der observeres af EHT.

Selv observationer, der varede flere dage,tillod os at bekræfte, at strukturen af ​​den udsendte stråling ændres med tiden, som forudsagt. Dataene for 2017 indeholder fire nætter af observationer. Selv ser på disse fire billeder, kan du visuelt se, at de to første har lignende funktioner, og de sidste to er der dog betydelige forskelle mellem den første og den sidste. Med andre ord ændrer strålingsegenskaberne omkring det sorte hul i M87 sig over tid.

EHT i fremtiden vil afsløre den fysiske oprindelse af sorte hulflammer.. Vi så både i røntgen og iradioområde, at et sort hul i midten af ​​vores egen Milky Way udsender kortvarige stråleflammere. Selvom det allerførste sorte hulbillede vist viste en supermassiv objekt i M87, vil det sorte hul i vores galakse - Skytten A * - være lige så stort, det vil kun ændre sig hurtigere.

Sammenlignet med massen på M87 - 6,5 miasolmasser - Skyttens masse A * vil kun være 4 millioner solmasser: 0,06% af den første. Dette betyder, at udsving vil blive overholdt ikke kun i løbet af dagen, men inden for et minut. Funktionerne i et sort hul ændres hurtigt, og når der opstår en flash, vil vi kunne afsløre dens natur.

Hvordan blinker er relateret til temperatur og lysstyrkeradio billeder vi så? Er der en magnetisk genopkobling, som i udstødningen af ​​vores Suns koronale masse? Er der noget at bryde i accretion strømme? Skytten A * blinker dagligt, så vi kan forbinde alle de nødvendige signaler med disse begivenheder. Hvis vores modeller og observationer er så gode, som de viste sig for M87, kan vi bestemme, hvad der driver disse begivenheder og måske endda finde ud af, hvad der falder ind i et sort hul, skaber dem.

Polariseringsdata vises, der vil afsløre, om sorte huller har et indre magnetfelt.. Selvom vi alle var absolut glad for at seDet første skud af horisonten af ​​det sorte hul er det vigtigt at forstå, at et helt unikt billede snart vil fremstå: polariseringen af ​​lys, der kommer fra det sorte hul. På grund af lysets elektromagnetiske natur vil dets interaktion med magnetfeltet aftrykke en speciel polarisationssignatur på den, så vi kan rekonstruere magnetfeltet i et sort hul samt hvordan det ændrer sig over tid.

Vi ved, at stoffet er ud over horisonten.Hændelser, der i det væsentlige bevæger ladede partikler (som elektroner), genererer sit eget magnetfelt. Modeller indikerer, at feltlinjerne enten kan forblive i accretionære strømme eller passere gennem arrangementshorisonten, der danner en slags "anker" i et sort hul. Der er en forbindelse mellem disse magnetfelter, accretion og væksten af ​​et sort hul samt jets. Uden disse felter kunne materie i accretion strømme ikke tabe sin vinkelmoment og falde ind i arrangementshorisonten.

Polariseringsdata vil på grund af effekten af ​​polarimetrisk visualisering fortælle os om det. Vi har allerede dataene: Det er fortsat at udføre en komplet analyse.

forbedring begivenhed Horizon Teleskop vil vise tilstedeværelsen af ​​andre sorte huller nær de galaktiske centre.. Når planeten roterer rundt om solen, er denskyldes ikke kun den kendsgerning, at solen har en gravitationsvirkning på planeten. Der er altid en lige og modsat reaktion: planeten har en effekt på solen. På samme måde, når et objekt drejer rundt om et sort hul, udøver det også et tyngdekraftstryk på det sorte hul. I nærvær af et helt sæt masser nær galaksernes centre - og teoretisk set et mangfoldigt usynligt, men alligevel sorte huller - skal det centrale sorte hul bogstaveligt tremme i stedet for at blive trukket væk af de omgivende kroppers bruniske bevægelse.

Vanskeligheden ved denne måling i dager at du har brug for et kontrolpunkt til at kalibrere din position i forhold til placeringen af ​​et sort hul. Teknikken til en sådan måling indebærer, at man ser på kalibratoren, derefter ved kilden, igen ved kalibratoren igen ved kilden og så videre. I dette tilfælde skal du flytte øjet meget hurtigt. Desværre ændres atmosfæren meget hurtigt, og i 1 sekund kan meget ændre sig, så du har bare ikke tid til at sammenligne de to objekter. Under alle omstændigheder ikke med moderne teknologi.

Men teknologier på dette område udvikler sig.utrolig hurtigt. Værktøjerne, der bruges på EHT, afventer opdateringer og kan være i stand til at opnå den ønskede hastighed inden midten af ​​2020'erne. Dette puslespil kan løses ved udgangen af ​​det næste årti, og alt takket være forbedringen af ​​værktøjssætet.

endelig, begivenhed Horizon Teleskop vil til sidst se hundredvis af sorte huller. For at demontere et sort hul skal duLøsningsstyrken i teleskoparrangementet var bedre (det vil sige høj opløsning) end størrelsen på objektet, du leder efter. På nuværende tidspunkt kan EHT kun udstille tre kendte sorte huller i universet med en tilstrækkelig stor diameter: Skytten A *, centrum M87, centrum af galaksen NGC 1277.

Men vi kan øge effekten af ​​Event Horizon øjet.Teleskop til jordens størrelse, hvis vi starter teleskoper i kredsløb. I teorien er dette allerede teknisk opnået. En stigning i antallet af teleskoper øger antallet og frekvensen af ​​observationer og samtidig opløsningen.

Ved at foretage de nødvendige forbedringer, i stedet for 2-3 galakser, kan vi finde hundredvis af sorte huller eller endnu mere. Fremtiden for sorte huls fotoalbum synes lyst.

Teleskopsprojektet af arrangementshorisonten var dyrt,men han betalte sig. I dag lever vi i astronomi af sorte huller og endelig kunne observere dem med egne øjne. Dette er bare begyndelsen. Abonner på vores telegrafkanal for at modtage alle nyheder fra denne usynlige front.