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Trois questions embarrassantes sur la photographie des trous noirs

Les astronomes (et toute l'humanité) ont des vacances: Le premier coup d'un trou noir est présenté. Il a été créé avec Event Horizon Telescope (EHT), un télescope virtuel composé de plusieurs radiotélescopes à travers le monde. L'image montre un matériau autour d'un trou noir supermassif au centre d'une galaxie, à une distance de 55 millions d'années lumière. Et oui, le trou noir est une physique concentrée, un phénomène gravitationnel insensé à la limite de conditions extrêmes possibles et impossibles. Mais il y a quelques questions.

Un trou noir est-il difficile à voir car il est noir?

Non C'est oui. C'est vrai: les trous noirs sont noirs. D'habitude, nous voyons toutes sortes d'étoiles et tout ça, parce que la lumière qu'elles émettent parvient à nos télescopes (ou directement dans nos yeux), et nous l'enregistrons. Les trous noirs sont vraiment noirs. Ils n'émettent pas de lumière visible (en raison de foyers gravitationnels complexes), ils ne sont donc pas visibles.

Mais ce n'est pas un gros problème. Si nous avions un trou noir dans le système solaire, vous le verriez. Vous verriez la courbure de l'espace par sa présence et vous verriez une substance qui tourne autour de cet entonnoir. Si vous avez vu le film Interstellar, la visualisation d'un trou noir est montrée à peu près exactement - cela a été fait avec l'aide de l'astrophysicien Kip Thorn.

Le trou noir est difficile à voir car ilminuscule Eh bien, bien, pas aussi minuscule qu'une fourmi, par exemple. Elle est minuscule dans le sens où elle est minuscule, si vous le regardez à un kilomètre de distance. Le meilleur terme est la taille angulaire. Si vous tournez la tête en cercle, vous obtiendrez une vue circulaire à 360 degrés (sans oublier de tourner le corps, sinon vous retournerez le cou). Si vous tenez votre pouce à bout de bras, c'est un demi-degré d'angle. La lune a à peu près la même taille angulaire, vous pouvez donc la couvrir avec votre pouce.

Qu'en est-il de la taille d'un trou noir? Oui, c'est énorme. Et elle est à une distance de 55 millions d'années lumière. Cela signifie que pour que la lumière aille aussi loin, il faudra 55 millions d'années. C'est incroyablement loin. Mais en réalité, nous sommes gênés par la taille angulaire. Un trou noir (au moins sa partie visible) a une taille angulaire d’environ 40 microarsecondes.

Qu'est-ce que la microarseconde? Comme vous le savez, le cercle est divisé en degrés (et pour longtemps). Chaque degré peut être divisé en 60 minutes angulaires et chaque minute correspond à 60 secondes d'arc. Si vous divisez une seconde sur un million en parties, vous obtenez une microarseconde. Rappelez-vous que la taille angulaire de la lune - 0,5 degrés (vu de la Terre)? Cela signifie que la taille angulaire de la lune est 45 millions de fois supérieure à la taille d'un trou noir. Le trou noir est minuscule en termes de taille angulaire.

Mais ce n'est pas tout. En raison de la diffraction, nous ne pouvons pas voir les choses de petites dimensions angulaires. Lorsque la lumière traverse un trou (par exemple, elle pénètre dans un télescope ou un œil), elle est dispersée. Il se plie de manière à gêner le reste de la lumière qui traverse l'ouverture. Dans le cas de l'œil, cela signifie que les personnes peuvent distinguer des objets d'une taille angulaire d'environ 1 arcmin.

Et cela signifie également que quelque chose d'aussi petit, comme un trou noir, est difficile à saisir sur la photo.

Comment dépasser la limite de diffraction?

Disons. Les choses de très petites tailles angulaires sont vraiment difficiles à voir - comment pouvons-nous alors voir le matériau autour du trou noir? La résolution angulaire du télescope ne dépend en réalité que de deux choses: la taille du trou et la longueur d'onde de la lumière. L'utilisation de longueurs d'onde plus courtes (telles que les rayons ultraviolets ou les rayons X) donne une meilleure résolution. Mais dans ce cas, le télescope utilise la longueur d'onde de la lumière dans la gamme millimétrique. C'est une longueur d'onde assez longue par rapport à la lumière visible, qui se situe dans la plage de 500 nanomètres.

Et cela signifie que le seul moyenpour dépasser la limite de diffraction - pour faire un plus grand télescope. C'est ce qu'ils ont fait avec Event Horizon Telescope. En fait, il s’agit d’un télescope de la taille de la Terre. La folie, mais c'est vrai. En obtenant des données de plusieurs télescopes situés dans différentes parties du monde, vous pouvez combiner ces données pour les transformer en données d’un seul télescope GIANT. C'est vrai, il faut essayer. Mais avec cette méthode, il y a des problèmes. Avec seulement quelques télescopes, le groupe EHT utilise un certain nombre de méthodes analytiques pour créer l'image la plus probable à partir des données collectées. Ils ont donc réussi à "dessiner" le matériau autour du trou noir.

Est-ce une vraie photo de trou noir?

Si vous regardez à travers un télescope et voyez Jupiter, vousvoir réellement Jupiter. Remarque: si vous ne l'avez pas encore fait, assurez-vous de l'essayer. C'est génial. La lumière du soleil se reflète sur la surface de Jupiter, puis passe dans un œil à l'aide d'un télescope. Boom Jupiter Il est réel.

Mais avec un trou noir, tout va un peu faux. L'image que vous voyez n'est même pas dans la plage visible. C'est une image radio créée à partir des longueurs d'onde de la lumière. Quelle est la différence entre les ondes radio et la lumière visible ordinaire? En fait, la différence n'est que dans la longueur d'onde.

La lumière et les ondes radio sont électromagnétiquesles vagues C'est la propagation d'un champ électrique variable avec un champ magnétique variable (simultanément). Ces ondes se déplacent à la vitesse de la lumière, car elles sont légères. Cependant, comme la radio et la lumière visible ont des longueurs d’onde différentes, elles interagissent différemment avec la matière. Si vous allumez la radio chez vous, vous recevrez un signal de la station de radio la plus proche. Ces ondes radio traversent les murs. Et visible - ne passe pas.

La même chose s'applique aux images. Si vous avez la lumière visible d'un objet, vous pouvez le voir de votre propre œil et enregistrer cette image sur un film ou avec un enregistreur numérique. Cette image peut ensuite être affichée sur un écran d'ordinateur et, en fait, visualisée. Quelque chose comme cela, vous pouvez voir une image de la lune.

En ce qui concerne le matériau autour du trou noir, ce n'est pasimage visible. Ceci est une image radio. Chaque pixel de l'image représente une certaine longueur d'onde, mais des ondes radio. Les parties orange sont une fausse couleur d’une longueur d’onde de 1 millimètre. La même chose se produit lorsque nous voulons «voir» une image dans l'infrarouge ou l'ultraviolet. Nous devons transformer ces longueurs d'onde en ce que nous pouvons voir.

Donc, cette photo d'un trou noir n'est pas une photo ordinaire. Vous ne pouvez pas le voir si vous regardez à travers un télescope. Mais toujours génial. Vraiment? Discutons dans notre discussion dans Telegram.