tutkimus

10 tieteellistä faktaa, jotka olemme oppineet mustan aukon ensimmäisestä kuvasta

Musta reikien ajatus ulottuu vuoteen 1783, jolloinCambridgen tiedemies John Michelle tajusi, että riittävän massiivinen esine riittävän pienessä tilassa voi houkutella jopa valoa ja estää sen pääsemästä pois. Yli vuosisadan jälkeen Karl Schwarzschild löysi tarkan ratkaisun Einsteinin yleiseen suhteellisuusteoriaan, joka ennusti saman tuloksen: mustan aukon. Sekä Michell että Schwarzschild ennustivat selvän yhteyden tapahtumavaiheen tai alueen, josta valo ei pääse, säteen ja mustan reiän massan välillä.

103 vuotta Schwarzschildin jälkeenennusteet eivät voineet vahvistaa sitä. Ja vasta 10. huhtikuuta 2019 tutkijat paljastivat ensimmäisen valokuvan tapahtumien horisontista. Einsteinin teoria toimi uudelleen, kuten aina.

Vaikka me jo tiesimme melko paljon mustista reikistä, vaikka ennen ensimmäistä tilannekuvan näkyvyyttä, se muuttui ja selkiytyi paljon. Meillä oli paljon kysymyksiä, joilla on nyt vastauksia.

Muuten, tässä on 10 faktaa mustista reikistä, jotka kaikkien pitäisi tietää.

10. huhtikuuta 2019 Tapahtuman Horizon-yhteistyöTeleskooppi esitteli ensimmäisen onnistuneen laukauksen mustan aukon tapahtumavaiheesta. Tämä musta reikä on Mesjen 87 galaksissa: suurin ja massiivisin galaksi, joka on paikallisessa galaksien superklusterissamme. Tapahtumahorisontin kulmahalkaisija oli 42 mikrokaaren sekuntia. Tämä tarkoittaa, että koko taivaan peittämiseksi tarvitaan 23 samankokoista mustaa reikää.

55 miljoonaa valovuotta,Tämän mustan reiän arvioitu massa on 6,5 miljardia kertaa aurinkoenergiaa. Fyysisesti tämä vastaa kokoa, joka on suurempi kuin Pluto-kiertoradan koko Sunin ympärillä. Jos mustaa reikää ei olisi, valo tarvitsisi noin päivän lähteä läpi tapahtuman horisontin halkaisijan. Ja vain siksi, että:

  • tapahtuma-horisontin kaukoputkella on riittävä resoluutio nähdäksesi tämän mustan reiän
  • musta aukko säteilee voimakkaasti radiotaajuuksia
  • hyvin vähän radioaaltopäästöjä taustalla häiriötä signaaliin

pystyimme tekemään tämän ensimmäisen laukauksen. Mistä olemme nyt oppineet kymmenen syvää opetusta.

Opimme, mitä musta aukko näyttää. Mitä seuraavaksi?

Tämä on todellinen musta reikä, kuten GR ennustaa. Jos olet koskaan nähnyt artikkelin, jossa on otsikkokuten "teoreetikko rohkeasti väittää, että mustia reikiä ei ole olemassa" tai "tämä uusi gravitaatioteoria voi kääntyä Einsteiniin", arvaat, että fyysikoilla ei ole ongelmia keksimällä vaihtoehtoisia teorioita. Huolimatta siitä, että GR on läpäissyt kaikki testit, joiden kanssa meitä alistimme, fyysikoilla ei ole pulaa laajennuksista, korvauksista tai mahdollisista vaihtoehdoista.

Ja mustan aukon näkeminen poistaa heidän valtavanmäärä. Nyt tiedämme, että tämä on musta reikä, ei madonreikä. Tiedämme, että tapahtuma-horisontti on olemassa ja että se ei ole pelkkä singulaarisuus. Tiedämme, että tapahtuma-horisontti ei ole kova pinta, koska putoavan aineen on tuotettava infrapuna-allekirjoitus. Ja kaikki nämä havainnot vastaavat yleistä suhteellisuusteoriaa.

Tämä havainto ei kuitenkaan kerro mitään pimeästäasia, muutetut gravitaatioteoriat, kvanttipaino tai tapahtumien horisontin ulkopuolella oleva. Nämä ajatukset eivät kuulu EHT: n havaintojen piiriin.

Tähtien gravitaatiodynamiikka antaa hyvät arviot mustan reiän massoille; kaasun tarkkailu - ei. Ennen ensimmäistä mustaa reikää oli useita eri tapoja mitata mustia reikiä.

Voisimme joko käyttää tähtimittauksia -kuten tähtien yksittäiset kiertoradat mustan reiän lähellä omassa galaksissamme tai tähtien absorptiolinjat M87: ssä - mikä antoi meille painovoiman tai päästöt kaasusta, joka liikkuu keskisen mustan reiän ympäri.

Sekä galaksimme että M87: n osalta nämä kaksiarviot olivat hyvin erilaiset: gravitaatiotutkimukset olivat 50-90% enemmän kuin kaasu. M87: lle kaasun mittaukset osoittivat, että mustan reiän massa oli 3,5 miljardia aurinkoa, kun taas gravitaatiomittaukset olivat lähempänä 6,2–6,6 miljardia, mutta EHT: n tulokset osoittivat, että mustassa reiässä on 6,5 miljardia aurinkokertaa, mikä tarkoittaa , gravitaatiodynamiikka on erinomainen indikaattori mustien reikien massasta, mutta päätelmät kaasun siirtymisestä kohti alempia arvoja. Tämä on loistava tilaisuus tarkastella astrofyysisiä olettamuksiamme orbitaalikaasusta.

</ p>

Sen on oltava pyörivä musta reikä, ja sen pyörimisakseli on poissa maasta.. Tarkkailemalla tapahtuman horisonttiaradiopäästöt sen ympärillä, laajamittainen jet ja muiden observatorioiden mittaama laajennettu radiotaajuus, EHT on todennut, että se on Kerrin (pyörivä) musta reikä eikä Schwarzschild (ei pyörivä).

Ei mikään yksinkertainen piirre mustalle reiällevoisimme tutkia tämän luonteen määrittämiseksi. Sen sijaan meidän on rakennettava mustan aukon malleja ja asiaa sen ulkopuolella ja kehitettävä niitä ymmärtämään, mitä tapahtuu. Kun etsit mahdollisia näkyviä signaaleja, saat mahdollisuuden rajoittaa niitä niin, että ne vastaavat tuloksiasi. Tämän mustan reiän pitäisi pyöriä, ja pyörimisakseli osoittaa noin 17 astetta maasta.

Pystyimme lopulta selvittämään, että mustan reiän ympärillä on aine, joka vastaa kertymälevyjä ja virtoja.. Tiesimme jo, että M87: llä oli jetoptiset havainnot - ja mitä hän myös päästää radioaaltoon ja röntgensäteisiin. Tällaista säteilyä ei voi saada vain tähdistä tai fotoneista: tarvitset ainetta sekä elektroneja. Vain kiihdyttämällä elektroneja magneettikentällä voimme saada ominaista radiotaajuutta, jota näimme: synkrotronisäteilyä.

Ja se vaati myös uskomattoman määräämallinnustyöt. Kääntämällä eri mahdollisten mallien eri parametreja opit, että nämä havainnot eivät edellytä ainoastaan ​​virtsavirtausta selittämään radiotuloksia, vaan myös ennakoivat ei-radioaaltotulokset, kuten röntgensäteily. Tärkeimmät havainnot tehtiin paitsi EHT: llä, myös muilla seurantakeskuksilla, kuten Chandra-röntgen-teleskoopilla. Päästövirrat on lämmitettävä, kuten M87-magneettisen säteilyn spektri osoittaa, magneettikentän relativististen kiihdytettyjen elektronien mukaisesti.

Näkyvä rengas näyttää painovoiman ja linssi keskisen mustan reiän ympärille; ja jälleen GRT testattiin. Tämä soittoääni ei vastaatapahtumien horisontti ja ei vastaa pyörivien hiukkasten rengasta. Ja tämä ei ole myöskään mustan reiän vakaampi pyöreä kiertorata. Ei, tämä rengas syntyy gravitaatiomaisesti linssattujen fotonien pallosta, jonka polut taivutetaan mustan reiän painovoimalla matkalla kohti silmiemme.

Tämä valo taipuu suurempaan palloon, kuin mitä voisi odottaa, jos painovoima ei olisi niin vahva. Kun hän kirjoittaa tapahtumaan Horizon Telescope Collaborationissa:

"Löysimme, että yli 50% kokonaisvirtauksesta oliarcsekunnit kulkevat lähellä horisonttia ja että tämä säteily tukahdutetaan jyrkästi, kun se saapuu tähän alueeseen 10 kertaa, mikä on suora todiste mustan reiän ennustetusta varjostuksesta. "

Einsteinin yleinen suhteellisuusteoria osoittautui jälleen kerran totta.

Mustat reiät ovat dynaamisia ilmiöitä, niiden säteily muuttuu ajan myötä.. Kun massa on 6,5 miljardia aurinkoa, valoMustan reiän tapahtumavaiheen voittamiseksi kestää noin päivä. Tämä asettaa suunnilleen ajanjakson, jonka kuluessa voimme odottaa näkevänsä EHT: n havaitseman säteilyn muutokset ja vaihtelut.

Jopa useita päiviä kestäneet havainnot,annoimme vahvistaa, että säteilevän säteilyn rakenne muuttuu ajan myötä, kuten ennustettiin. Vuoden 2017 tiedot sisältävät neljän yön havaintoja. Jopa näihin neljään kuvaan katsomalla voit nähdä visuaalisesti, että kahdella ensimmäisellä on samanlaisia ​​piirteitä, ja kaksi viimeistä ovat kuitenkin merkittäviä eroja ensimmäisen ja viimeisen välillä. Toisin sanoen M87: n mustan reiän ympärillä olevat säteilyominaisuudet muuttuvat ajan myötä.

EHT tulevaisuudessa paljastaa mustien reikien soihdun fyysisen alkuperän.. Näimme sekä röntgenkuva että sisäänradiotaajuus, joka on oman Linnunradan keskellä olevalla mustalla reiällä säteilevän lyhyen aikavälin välähdyksiä. Vaikka ensimmäinen musta aukon kuva näytti M87: ssä supermassive-objektin, galaksimme musta aukko - Sagittarius A * - on yhtä suuri, vain se muuttuu nopeammin.

Verrattuna M87 - 6,5 miljardin massaanaurinkomassat - Jousimies A *: n massa on vain 4 miljoonaa aurinkopainoa: 0,06% ensimmäisestä. Tämä tarkoittaa sitä, että vaihteluja ei havaita vain päivän aikana, vaan jopa minuutin kuluttua. Musta aukko muuttuu nopeasti, ja kun salama tapahtuu, voimme paljastaa sen luonteen.

Kuinka välähdykset liittyvät lämpötilaan ja kirkkauteennäimme radiokuvat? Tapahtuuko magneettinen uudelleenkytkentä, kuten auringon koronaalisen massan ulostuloissa? Onko jotakin rikkoutuessa purkautumisvirroissa? Jousimies A * vilkkuu päivittäin, joten voimme yhdistää kaikki tarvittavat signaalit näihin tapahtumiin. Jos mallimme ja havainnoimme ovat yhtä hyviä kuin ne osoittautuivat M87: lle, voimme selvittää, mikä ajaa näitä tapahtumia ja ehkä jopa selvittää, mikä on musta aukko, luoden ne.

Polarisaatiotiedot tulevat esiin, mikä paljastaa, onko mustilla rei'illä sisäinen magneettikenttä.. Vaikka me kaikki olimme varmasti iloisiamustan aukon horisontin ensimmäinen laukaus on tärkeää ymmärtää, että aivan ainutlaatuinen kuva tulee pian: mustasta aukosta tulevan valon polarisaatio. Valon sähkömagneettisesta luonteesta johtuen sen vuorovaikutus magneettikentän kanssa painaa siihen erityisen polarisaation allekirjoituksen, jonka avulla voimme rekonstruoida mustan aukon magneettikentän sekä sen, miten se muuttuu ajan myötä.

Tiedämme, että aine on horisontin ulkopuolella.tapahtumat, jotka ovat olennaisesti liikkuvia varautuneita hiukkasia (kuten elektroneja), tuottaa oman magneettikentän. Mallit osoittavat, että kenttälinjat voivat joko pysyä akrysaatiovirroissa tai kulkea tapahtumaväylän läpi muodostaen eräänlaisen “ankkurin” mustaan ​​reikään. Näiden magneettikenttien välillä on yhteys, mustan reiän kertyminen ja kasvu sekä suihkut. Ilman näitä kenttiä akuutin virtausaineet eivät voineet menettää kulmahyppyään ja joutua tapahtumavaiheeseen.

Polarisaatiotiedot polarimetrisen visualisoinnin voiman vuoksi kertovat meille siitä. Meillä on jo tiedot: on vielä tehtävä täydellinen analyysi.

parannus tapahtuma horisontti Teleskooppi näyttää muiden mustien reikien läsnäolon lähellä galaktisia keskuksia.. Kun planeetta pyörii auringon ympäri, sejohtuu siitä, että aurinkolla on gravitaatiovaikutus planeetalle. On aina samanlainen ja vastakkainen reaktio: planeetalla on vaikutusta aurinkoon. Samoin, kun esine pyörii mustan reiän ympärille, sillä on myös painovoima mustaan ​​reikään. Koko joukon massojen läsnä ollessa lähellä galaksien keskuksia - ja teoriassa monien näkymättömien, mutta mustien reikien - keskellä olevan mustan reiän pitäisi värähtää kirjaimellisesti paikalleen, jota ympäröivät ympäröivien kehojen Brownin liike.

Tämän mittauksen vaikeus on tänäänon, että tarvitset ohjauspisteen kalibroimaan sijaintisi suhteessa mustan reiän sijaintiin. Tällaisen mittauksen tekniikka viittaa siihen, että tarkastelet kalibraattoria, sitten lähteessä, jälleen kalibraattorissa, jälleen lähteessä ja niin edelleen. Tässä tapauksessa sinun täytyy siirtää silmä hyvin nopeasti. Valitettavasti ilmapiiri muuttuu hyvin nopeasti, ja 1 sekunnissa paljon voi muuttua, joten sinulla ei ole aikaa verrata kahta esinettä. Joka tapauksessa, ei modernin tekniikan kanssa.

Alan teknologiat kehittyvät kuitenkin.uskomattoman nopea. EHT: n käyttämät työkalut odottavat päivityksiä ja saattavat saavuttaa vaaditun nopeuden vuoden 2020 puolivälissä. Tämä palapeli voidaan ratkaista seuraavan vuosikymmenen loppuun mennessä ja kaikki työkalupaketin parantamisen ansiosta.

Lopuksi tapahtuma horisontti Teleskooppi näkee lopulta satoja mustia reikiä. Jos haluat purkaa mustan aukon, sinun täytyyTeleskooppiryhmän resoluutio on parempi (eli suuri resoluutio) kuin etsittävän kohteen koko. Tällä hetkellä EHT voi tehdä kolmesta tunnetusta mustasta reiästä vain riittävän suuren halkaisijan kanssa: Sagittarius A *, keskus M87, galaksin NGC 1277 keskus.

Mutta voimme lisätä tapahtuman Horizon-silmän voimaa.Teleskooppi maapallon kokoon, jos käynnistämme kaukoputket kiertoradalle. Teoriassa tämä on jo teknisesti saavutettavissa. Teleskooppien määrän lisääntyminen lisää havaintojen määrää ja taajuutta ja samalla myös päätöslauselmaa.

Tekemällä tarvittavat parannukset 2-3 galaksin sijasta voimme löytää satoja mustia reikiä tai jopa enemmän. Musta reiän valokuva-albumien tulevaisuus näyttää kirkkaalta.

Tapahtumavuoden kaukoputkihanke oli kallis,mutta hän maksoi. Tänään asumme mustien reikien tähtitieteen aikakaudella ja lopulta pystyimme tarkkailemaan niitä omin silmin. Tämä on vasta alkua. Tilaa Telegraph-kanavamme saadaksesi kaikki uutiset tästä näkymättömästä etuosasta.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!