Kolme kiusallista mustan aukon valokuvakysymystä

Tähtitieteilijöillä (ja koko ihmiskunnalla) on loma: Esitetään musta laukaus. Se luotiin Event Horizon Telescope (EHT) -sovelluksella, joka on virtuaalinen kaukoputki, joka koostuu useista radioteleskooppeista ympäri maailmaa. Kuvassa on materiaalia supermassivaisen mustan aukon ympärillä galaksin keskellä 55 miljoonan valovuoden päässä. Ja kyllä, musta aukko on keskittynyt fysiikka, hullu gravitaatioilmiöt mahdollisten ja mahdottomien äärimmäisten olosuhteiden reunalla. Mutta on olemassa muutamia kysymyksiä.

Onko mustaa reikää vaikea nähdä, koska se on musta?

Nro Eli kyllä. Se on totta: mustat reiät ovat mustia. Yleensä näemme kaikenlaisia ​​tähtiä ja kaikkea sitä, koska valo, jonka he lähettävät, tulee kaukoputkillemme (tai suoraan silmiin) ja rekisteröimme sen. Mustat reiät ovat todella mustia. Ne eivät tuota näkyvää valoa (monimutkaisten gravitaatiopisteiden vuoksi), joten ne eivät näy.

Mutta tämä ei ole suuri ongelma. Jos aurinkokunnassa olisi musta aukko, näet sen. Näet avaruuden kaarevuuden sen läsnä ollessa ja näet aineen, joka pyörii tämän suppilon ympärillä. Jos olet nähnyt elokuvan Interstellar, mustan aukon visualisointi on suunnilleen täsmälleen esitetty - se tehtiin astrofyysikon Kip Thornin avulla.

Musta aukko on vaikea nähdä, koska se onpieni. No, hyvin, ei niin pieni kuin ant. Hän on pieni siinä mielessä, että hän on pieni, jos katsot häntä kilometrin etäisyydeltä. Paras termi on kulmakoko. Jos käännät pään ympyrään, saat 360 asteen pyöreän näkymän (mutta älä unohda kääntää kehoa tai kääntää kaulan). Jos pidät peukaloa käsivarteen, se on noin puolen asteen kulmassa. Kuu on kooltaan samanlainen, joten voit peittää sen peukalolla.

Entä mustan aukon koko? Kyllä, se on valtava. Ja hän on 55 miljoonan valovuoden päässä. Tämä merkitsee sitä, että valon saavuttamiseksi tämä kestää 55 miljoonaa vuotta. Tämä on uskomattoman kaukana. Mutta itse asiassa meitä vaikeuttaa kulma. Mustan reiän (ainakin sen näkyvän osan) kulma on noin 40 mikrosekuntia.

Mikä on microarsecond? Kuten tiedätte, ympyrä on jaettu asteisiin (ja pitkään). Kukin aste voidaan jakaa 60 kulma-minuuttiin, ja jokainen minuutti on 60 kaaren sekuntia. Jos katkaiset arcsekoodin miljoonaksi osaksi, saat mikrosekunnin. Muista, että kuun kulmakoko - 0,5 astetta (katsottuna maasta)? Tämä tarkoittaa, että kuun kulmakoko on 45 miljoonaa kertaa suurempi kuin mustan aukon koko. Musta reikä on pieni kulmakoon mukaan.

Mutta se ei ole kaikki. Diffraktiosta johtuen emme voi nähdä pieniä kulmamittoja. Kun valo kulkee reiän läpi (esimerkiksi se menee teleskooppiin tai silmään), se on hajallaan. Se taipuu niin, että se häiritsee aukon läpi kulkevaa valoa. Silmän tapauksessa tämä tarkoittaa, että ihmiset voivat tehdä esineitä, joiden kulmakoko on noin 1 arcmin.

Ja se tarkoittaa myös sitä, että jotain niin pieniä kulmakokoja, kuten musta aukko, on vaikea saada kiinni kuvassa.

Miten diffraktioraja ylitetään?

Sanotaan. Pieniä kulmakokoisia asioita on todella vaikea nähdä - miten voimme nähdä materiaalin mustan aukon ympärillä? Teleskoopin kulmaerottelu riippuu todella vain kahdesta asiasta: reiän koosta ja valon aallonpituudesta. Lyhyempien aallonpituuksien (kuten ultravioletti- tai röntgenkuvat) käyttäminen antaa paremman resoluution. Tällöin kaukoputkessa käytetään valon aallonpituutta millimetrin alueella. Tämä on melko pitkä aallonpituus verrattuna näkyvään valoon, joka on alueella 500 nanometriä.

Ja se tarkoittaa ainoa tapadiffraktiorajan ylittämiseksi - tehdä suurempi teleskooppi. Toisin sanoen, mitä he tekivät Event Horizon Telescopen kanssa. Itse asiassa tämä on maan kokoinen kaukoputki. Madness, mutta totta. Hankkimalla tietoja useista eri kaukoputkista eri puolilla maailmaa, voit yhdistää tiedot kääntämällä ne yhteen GIANT-kaukoputken tietoihin. Totta, täytyy kokeilla. Mutta tällä menetelmällä on ongelmia. EHT-ryhmä käyttää vain muutamia teleskooppeja useilla analyyttisillä menetelmillä luodakseen todennäköisimmän kuvan kerätyistä tiedoista. Niinpä he onnistuivat "vetämään" materiaalin mustan reiän ympärille.

Onko tämä todellinen mustan aukon kuva?

Jos katsot teleskooppia ja näet Jupiterin, sinätodella nähdä Jupiter. Huomautus: Jos et ole vielä tehnyt tätä, kokeile. Tämä on mahtavaa. Auringonvalo heijastaa pois Jupiterin pinnasta ja kulkee sitten kaukoputken läpi silmään. Puomi. Jupiter. Hän on todellinen.

Mutta musta aukko, kaikki on hieman väärin. Näkyvä kuva ei ole edes näkyvissä. Tämä on radion kuva, joka on luotu valon aallonpituuksista. Mikä on ero radioaaltojen ja tavallisen näkyvän valon välillä? Itse asiassa ero on vain aallonpituudella.

Valo- ja radioaallot ovat sähkömagneettisiaaallot. Tämä on vaihtelevan sähkökentän eteneminen yhdessä vaihtelevan magneettikentän kanssa (samanaikaisesti). Nämä aallot liikkuvat valon nopeudella - koska ne ovat valoa. Koska radion ja näkyvän valon aallonpituudet ovat kuitenkin erilaiset, ne ovat vuorovaikutuksessa eri tavalla. Jos otat radion käyttöön kotona, saat lähimmältä radioasemalta signaalin. Nämä radioaallot kulkevat suoraan seinien läpi. Ja näkyvissä - älä läpäise.

Sama koskee kuvia. Jos sinulla on näkyvää valoa kohteesta, voit nähdä sen omalla silmälläsi ja tallentaa tämän kuvan elokuvaan tai digitaaliseen tallentimeen. Tämä kuva voidaan sitten näyttää tietokoneen näytöllä ja itse asiassa katsottuna. Jotain tällaista näet kuvan kuusta.

Mitä tulee mustan aukon ympärille, tämä ei olenäkyvä kuva. Tämä on radiokuva. Jokainen kuvapiste kuvaa tietyn aallonpituuden, mutta radioaaltoja. Oranssi osat ovat väärän värin esitys, jonka aallonpituus on 1 millimetri. Sama tapahtuu, kun haluamme nähdä kuvan infrapuna- tai ultraviolettialueella. Meidän on muutettava nämä aallonpituudet siihen, mitä voimme nähdä.

Joten tämä musta aukko ei ole tavallinen valokuva. Et voi nähdä sitä, jos katsot kaukoputkia. Mutta silti suuri. Oikeasti? Keskustellaan keskustelussa Telegramsissa.