Teleskop EHT (Event Horizont Telescope) daje naukowcom nowy pomysł na potwora zwanego Drogą Mleczną. Dzięki tym danym po raz pierwszy przyjrzymy się bliżej czarnej dziurze.

System radioteleskopów rozmieszczonych wokół Ziemi i nazwany tak EHT (Event Horizon Telescope), skupiony na kilku gigantach. Strzelec A jest super masywną czarną dziurą w środku Drogi Mlecznej i jeszcze większą czarną dziurą w odległości 53,5 milionów lat świetlnych w galaktyce M87. W kwietniu 2017 dołączył do obserwatoriów, aby obserwować granice czarnych dziur, gdzie siła grawitacji jest tak silna, że ​​nawet promienie świetlne nie mogą jej opuścić. Niemal po dwóch latach porównań naukowcy opublikowali pierwsze zdjęcia tych obserwacji. Teraz naukowcy mają nadzieję, że nowe obrazy mogą nam powiedzieć więcej o czarnych dziurach.

Jak wygląda prawdziwa czarna dziura?

Czarne dziury naprawdę zasługują na swoją nazwę. Ogromna bestia grawitacyjna nie emituje żadnego światła w żadnej części widma elektromagnetycznego, więc wydaje się, że sama nie istnieje. Ale astronomowie wiedzą, że są tam jakoś dla swego rodzaju eskorty. Gdy ich siła grawitacji pulsuje w gwiezdnym gazie i pyle, wokół nich tworzą się masy w postaci wirującego dysku akrecyjnego z wzajemnie zderzającymi się atomami. Ta aktywność emituje „białe ciepło” i emituje promieniowanie rentgenowskie oraz inne promieniowanie o wysokiej energii. Najbardziej „nienawidzone” nasycone czarne dziury napromieniają wszystkie gwiazdy w otaczających galaktykach.

Uważa się, że obraz teleskopu EHT SHTH, Sagittaria A, będzie miał jasny czarny cień na towarzyszącym mu dysku akrecyjnym z jasnego materiału. Symulacja komputerowa i prawa fizyki grawitacyjnej dają astronomom dobre pojęcie, czego się spodziewać. Ze względu na dużą siłę grawitacji w pobliżu czarnej dziury, dysk akrecyjny zostanie zdeformowany wokół horyzontu pierścienia i ten materiał będzie widoczny za czarną dziurą. Obraz będzie prawdopodobnie asymetryczny. Grawitacja pochyla światło z wewnętrznej części dysku w kierunku Ziemi silniej niż część zewnętrzna i sprawia, że ​​część pierścieniowa jest jaśniejsza.

Czy prawa ogólnej teorii względności mają zastosowanie do czarnej dziury?

Dokładny kształt pierścienia może być rozwiązany przez najbardziej frustrujące pat w fizyce teoretycznej. Dwa filary fizyki to teoria ogólnej teorii względności Einsteina, która kontroluje potężne i grawitacyjnie potężne obiekty, takie jak czarna dziura i mechanika kwantowa, które kontrolują dziwny świat cząstek subatomowych. Każda teoria działa we własnej dziedzinie. Ale nie mogą ze sobą współpracować.

Fizyk Lia Medeiros z University of Arizona w Tucson mówi:

„Ogólna teoria względności i fizyka kwantowa są ze sobą niezgodne. Jeśli ogólna teoria względności zostanie zastosowana w obszarze czarnej dziury, może to oznaczać posunięcie naprzód dla teoretyków fizyki ”.

Ponieważ czarne dziury są najbardziej ekstremalnym środowiskiem grawitacyjnym we wszechświecie, są najlepszym środowiskiem dla testu warunków skrajnych teorii grawitacyjnej. To jak rzucanie teorii na ścianę, przewidywanie i burzenie jej. Jeśli ogólna teoria względności jest prawdziwa, naukowcy oczekują, że czarna dziura będzie miała określony cień, a zatem okrągły kształt, chyba że zastosuje się teorię Einsteina, wtedy cień będzie miał inny kształt. Lia Medeiros i jej koledzy zastosowali symulację komputerową do różnych cieni czarnej dziury 12 000, które mogą różnić się od teorii Einsteina.

L. Mederios mówi:

„Jeśli znajdziemy coś innego (alternatywy dla teorii grawitacji), będzie to jak świąteczny prezent”.

Nawet niewielkie odstępstwo od ogólnej teorii względności pomogłoby astronomom określić ilościowo to, co widzą z tego, czego oczekują.

Czy martwe gwiazdy zwane pulsarami otaczają czarną dziurę w Drodze Mlecznej?

Innym sposobem sprawdzenia ogólnej teorii względności wokół czarnych dziur jest obserwacja ruchu gwiazd wokół nich. Kiedy światło z gwiazd płynie w polu ekstremalnej atrakcyjności czarnej dziury w pobliżu, światło jest „rozciągnięte” i tym samym wydaje się bardziej czerwone. Założono ten proces, zwany „przesunięciem czerwieni, grawitacji” i ogólną teorią względności. W ubiegłym roku astronomowie obserwowali go w pobliżu obszaru SgrA. Jak dotąd dobra wiadomość dla teorii Einsteina. Jeszcze lepszym sposobem potwierdzenia tego zjawiska jest wykonanie tego samego testu na pulsarach, które szybko się obracają i zamiatanie rozgwieżdżonego nieba promieniami promieniowania w regularnych odstępach czasu i wydają się pulsować.

Czerwona zmiana grawitacyjna zakłócałaby zatem regularną operację metronomiczną i obserwując je miałaby dokładniejszy test teorii ogólnej teorii względności.

Scott Ranson z National Astronomical Observatory w Charlottesville mówi:

„Dla większości ludzi obserwujących obszar SgrA marzeniem byłoby odkrycie pulsarów lub pulsarów krążących wokół czarnej dziury. Pulsary mogą dostarczyć wielu bardzo interesujących i bardzo szczegółowych testów ogólnej teorii względności. "

Jednak pomimo starannej obserwacji nie znaleziono jeszcze pulsara krążącego w pobliżu obszaru SgrA. Częściowo dlatego, że pył galaktyczny i gaz rozpraszają swoje promienie i trudno je wycelować. Ale EHT nadal zapewnia najlepszy widok na centrum fal radiowych, więc S.Ransom i jego koledzy mają nadzieję, że będą w stanie to zrobić. „To jak wyprawa wędkarska, której szansa na złowienie jest bardzo mała, ale warto”, mówi S.Ransom.

Pulsar PSR J1745-2900 (po lewej na ilustracji) został odkryty w 2013. Krąży dokładnie po 150 lat świetlnych wokół czarnej dziury w centrum galaktyki. Ale jest zbyt daleko od niej, by przeprowadzić dokładne testy ogólnej teorii względności. Samo istnienie tego pulsara daje astronomom nadzieję na wykorzystanie EHT do odkrycia coraz bliższych pulsarów bliżej czarnej dziury.

Jak czarne dziury wytwarzają strumienie?

Niektóre czarne dziury są głodnymi rynnami i czerpią ogromne ilości gazu i pyłu, podczas gdy inne są wybrednymi zjadaczami. Nikt nie wie, dlaczego tak jest. SgrA wydaje się być niespokojnym zjadaczem z zaskakująco ciemnym dyskiem, pomimo masy równej milionom mas Słońca 4. Kolejny cel, celowany przez EHT, czarna dziura w galaktyce M87 to żarłoczny żarłok. Waży 3,5 na miliardy słońc 7,22. Poza tym, że oprócz ogromnego nagromadzonego dysku akrecyjnego w jego pobliżu, wyrzuca strumień naładowanych cząstek subatomowych w odległości 5 000 lat świetlnych.

Instytut Astronomii Radiowej im. Thomasa Krichbauma w Bonn mówi:

„Myślenie, że czarna dziura w ogóle coś wyklucza, jest trochę sprzeczne”.

Ludzie zwykle myślą, że czarna dziura po prostu się wchłania. Wiele czarnych dziur wytwarza dżety, które są dłuższe i szersze niż całe galaktyki i mogą dotrzeć do miliardów lat świetlnych od czarnej dziury.

Naturalnym pytaniem jest to, co może być potężnym źródłem energii emitującym dżety na tak duże odległości. Dzięki EHT możemy wreszcie śledzić te wydarzenia po raz pierwszy. Możemy oszacować wielkość pola magnetycznego czarnej dziury w galaktyce M87, ponieważ są one powiązane z siłami dżetów. Mierząc właściwości dżetów, gdy znajdują się one w pobliżu czarnej dziury, pomaga określić, gdzie powstają dżety - z wnętrza jej tarczy, lub z innej części tarczy lub z samej czarnej dziury.

Obserwacje te mogą również wyjaśnić, czy strumienie pochodzą z czarnej dziury lub z szybko płynącego materiału na dysku. Ponieważ dżety mogą przenosić materiał z centrum galaktyki do obszaru międzygalaktycznego, może to wyjaśnić wpływ na rozwój i wzrost galaktyk. I nawet tam, gdzie rodzą się planety i gwiazdy.

T. Krichbaum mówi:

„Ważne jest, aby zrozumieć ewolucję galaktyk od wczesnego formowania się czarnych dziur do narodzin gwiazd i ostatecznie do narodzin życia. To bardzo ważna historia, a badając dżety czarnych dziur, tylko nieznacznie uzupełniamy małe cząsteczki wielkiej układanki życia.

Uwaga wydawcy: Ta historia została zaktualizowana przez 1 April 2019 poprzez udoskonalenie masy czarnej dziury M 87: masa galaktyki to bilion mas 2,4 Słońca. Sama czarna dziura ma masę rzędu kilku miliardów Słońca. Dodatek, symulacja czarnej dziury, jest przykładem potwierdzenia teorii ogólnej teorii względności Einsteina, a nie jej odrzucenia.