Στο κέντρο ενός γαλαξία που ονομάζεται Messier 87, περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά, για το οποίο όλη η ύλη του γαλαξία περιστρέφεται, υπάρχει ένα τέρας: μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Με περίπου 6, 5 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, η μαύρη τρύπα στο κέντρο του M87 είναι τόσο πυκνή ώστε η ταχύτητα διαφυγής ή η ταχύτητα που απαιτείται για να ξεφύγει από τη βαρύτητα του αντικειμένου είναι κάτι παραπάνω από την ταχύτητα του φωτός. Συνεπώς, ούτε τα φωτόνια του φωτός μπορούν να ξεφύγουν όταν περιπλανηθούν πολύ κοντά.
Αλλά μην αφήσετε το όνομα "μαύρη τρύπα" να σας ξεγελάσει. "Σε ένα παράδοξο της φύσης, οι μαύρες τρύπες, που δεν επιτρέπουν το φως να ξεφύγουν, είναι μερικά από τα φωτεινότερα αντικείμενα του σύμπαντος", λέει ο Shep Doeleman, ένας ανώτερος ερευνητής με το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ Σμινσόνιαν και ο σκηνοθέτης του έργου Telescope Horizon Telescope (EHT), μια διεθνής προσπάθεια να απεικονίσει άμεσα μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα με τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο.
Σήμερα, το έργο EHT, που περιλαμβάνει οκτώ παρατηρητήρια και πάνω από 60 επιστημονικά ιδρύματα σε περισσότερες από 20 χώρες, κυκλοφόρησε την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας. "Αυτή είναι η πρώτη φορά που έχω δει αυτήν την εικόνα αυτή τη στιγμή", λέει η Γαλλίδα Córdova, διευθυντής του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών (NSF), σε συνέντευξη Τύπου στο National Press Club. "Και έφερε δάκρυα στα μάτια μου. Αυτή είναι μια πολύ μεγάλη υπόθεση. "
Έξι επιστημονικές εφημερίδες δημοσιεύθηκαν επίσης στο περιοδικό Astrophysical Journal, όπου περιγράφονται λεπτομερώς οι πρώτες άμεσες παρατηρήσεις μιας μαύρης τρύπας.
Παρόλο που το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από την ίδια τη μαύρη τρύπα, ένα είδος περιγράμματος περιβάλλει κάθε μαύρη τρύπα, γνωστή ως ορίζοντας γεγονότος. Κάθε θέμα που περιπλανιέται πέρα από τον ορίζοντα συμβάντος καταναλώνεται από τη μαύρη τρύπα, αλλά καθώς τα αέρια συσσωρεύονται ακριβώς έξω από τον ορίζοντα συμβάντων, θερμαίνονται σε εκατοντάδες δισεκατομμύρια βαθμούς, εκπέμποντας μια τεράστια ποσότητα ακτινοβολίας στον γαλαξία. Ο ορίζοντας συμβάντος γύρω από τη μαύρη τρύπα M87 είναι περίπου 1, 5 μέρες φωτός, ή περίπου 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, περίπου το ίδιο μέγεθος με το ηλιακό μας σύστημα.
"Αυτό που αναμένει ότι βλέπετε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο ενός γαλαξία και νομίζουμε ότι υπάρχουν στα κέντρα των περισσότερων γαλαξιών είναι ότι η έντονη βαρύτητα τραβά το φυσικό αέριο κοντά στη μαύρη τρύπα και θερμαίνεται up ", λέει ο Doeleman. "Προσπαθείτε να συμπιέσετε πολύ αέριο στο μικρότερο όγκο που μπορείτε να φανταστείτε ... και όλο αυτό το πολύ καυτό αέριο εκπέμπει [φως]".
Μετά από χρόνια σχεδιασμού από περισσότερους από 200 διεθνείς επιστήμονες, τα δεδομένα που υποτίθεται ότι δείχνουν την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας είναι έτοιμα. Η ομάδα συγκεντρώνεται για την μεγάλη αποκάλυψη - είναι μια σεισμική στιγμή στην αστροφυσική.Οι παρατηρήσεις της μαύρης τρύπας στο κέντρο του Μ87 αποκαλύπτουν ότι περιστρέφεται δεξιόστροφα. Στο κάτω μέρος της εικόνας, όπου ο δακτύλιος φωτός είναι φωτεινότερος, η περιστροφή της μαύρης τρύπας κινείται προς το μέρος μας, ενώ το τμήμα του δακτυλίου στο πάνω μέρος της εικόνας απομακρύνεται.
Κάνοντας μια εικόνα του καύσιμου αερίου που περιβάλλει έναν ορίζοντα συμβάντος της μαύρης τρύπας, που οι αστρονόμοι αποκαλούν "σκιά" της μαύρης τρύπας ή "σιλουέτα" της, δεν έχει αποδειχθεί εύκολο έργο. Η μαύρη τρύπα M87 βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία, γεμάτη από φωτεινά αστέρια και μεγάλες γέφυρες αερίου και σκόνης. Για να πιάσουν τα φωτόνια του φωτός που καταφέρνουν να ξεφύγουν από την βαρύτητα της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας, που έρχονται προς τον ορίζοντα γεγονότων πριν πετάξουν 55 εκατομμύρια έτη φωτός μέσω του M87 και διαμέσου του διαγαλαξιακού χώρου στη Γη, οι αστρονόμοι έχουν συνδέσει μερικά από τα πιο ισχυρά ραδιόφωνα τηλεσκόπια που χτίστηκαν ποτέ, κατά μια έννοια, να κατασκευάσουν ένα τηλεσκόπιο με το μέγεθος της Γης.
"Υπάρχει ένα ειδικό πεδίο που ονομάζεται πολύ μακρά γραμμή βάσης συμβολομετρίας, στο οποίο συνδέετε ραδιοφωνικά πιάτα σε όλο τον κόσμο, και παίρνετε εξαιρετικά υψηλές μεγεθύνσεις", λέει ο Doeleman. Τα παρατηρητήρια ραδιοαστρονομίας, από το τηλεσκόπιο του νότιου πόλου έως το τηλεσκόπιο της Γροιλανδίας, συνέβαλαν ή θα συνεισφέρουν παρατηρήσεις στο EHT. "Με την τεχνική VLBI, όπου κάνεις ολόκληρη τη Γη ένα τηλεσκόπιο, πρέπει να συνδέσεις πιάτα και στις δύο πλευρές της Γης χρησιμοποιώντας ένα δίκτυο ατομικών ρολογιών και αυτό κάνουμε».
Το Ωροσκόπιο Horizon Event συγκέντρωσε τα δεδομένα για την πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας το 2017. Με τη χρήση ατομικών ρολογιών για την ευθυγράμμιση των παρατηρήσεων στο χρόνο και των υπερυπολογιστών για την κατάρτιση των πετασικών δεδομένων, οι επιστήμονες μπορούν να επιτύχουν αποτελεσματικά την ανάλυση ενός τηλεσκοπίου μεγέθους Γης, όχι η δυνατότητα συλλογής φωτός, έτσι ώστε η τεχνική μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για την παρατήρηση πολύ φωτεινών αντικειμένων. Το VLBI μπορεί μόνο να συλλέγει ραδιοκύματα στις επιφάνειες των πιάτων, τα οποία συνεχώς περιστρέφονται με τη Γη, παρακολουθώντας το κέντρο του M87.
Η σειρά Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), που βρίσκεται στη βόρεια Χιλή, με το ορατό ΓαλαξίδιΕν / Υ. Beletsky στον ουρανό. Το ALMA είναι το πιο ισχυρό ραδιοφωνικό παρατηρητήριο στο δίκτυο του οπτικού συμβάντος Horizon Event. (ESO / Y. Beletsky) "Μπορείτε να σκεφτείτε αυτά τα τηλεσκόπια σαν μικρά κομμάτια από ασήμι σε έναν καθρέφτη μεγέθους Γης και καθώς κινούνται γύρω τους εντοπίζουν σκέλη της ανακλαστικότητας και έτσι τελειώνετε μαζί ή στρέφοντας ένα τηλεσκόπιο μεγέθους Γης - ένα web με τον τρόπο που κάνει μια αράχνη ", λέει ο Doeleman.
Τα τηλεσκόπια συλλέγουν ραδιοκύματα εξαιρετικά υψηλής συχνότητας (EHF), σχεδόν υπερύθρου στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, μήκους κύματος 1, 3 χιλιοστών. Η συχνότητα είναι "απλά τέλεια" για να κάνει το επεκτατικό ταξίδι από τις άκρες μιας μαύρης τρύπας στα ραδιοφωνικά μας πιάτα, λέει ο Doeleman. Τα παρατηρητήρια γυρίζουν γενικά προς τη M87 τη νύχτα και κατά τους μήνες Μάρτιο και Απρίλιο, όταν οι ατμοί ατμοσφαιρικού νερού βρίσκονται στα χαμηλότερα επίπεδα.
Το Τηλεσκόπιο Horizon Event έχει επίσης παρατηρήσει τον Τοξότη Α *, την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο κέντρο του δικού μας γαλαξία, τον Γαλαξία. Ο Τοξότης A * (προφέρεται "Τοξότης Α-αστέρι") είναι μια πολύ λιγότερο ενεργή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα από αυτή που βρίσκεται στο κέντρο του M87. Τοποθετημένος περίπου 26.000 έτη φωτός μακριά, ο Τοξότης Α * είναι αρκετά μικρός ώστε να εμφανίζεται περίπου το ίδιο μέγεθος στον ουρανό με το πολύ μακρύτερο M87.
Πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι οι μαύρες τρύπες έχουν νόημα στη σφαίρα της θεωρητικής φυσικής, αλλά δεν μπορούσαν πραγματικά να υπάρχουν στην πραγματική ζωή. Η σύλληψη μιας εικόνας μιας μαύρης τρύπας θα άλλαζε όλα αυτά.Εκτός από τον λαμπερό ορίζοντα γεγονότων γύρω από τη μαύρη τρύπα M87, το αντικείμενο εκτοξεύει πίδακες υλικού από τους πόλους του στο διάστημα. "Παίρνετε αυτά τα αεριωθούμενα σωματίδια σχετικιστικών σωματιδίων, γιατί φυσικά είναι πολύ ενεργητικός, που μπορεί να ρεύσει για δεκάδες χιλιάδες φωτεινά χρόνια", λέει ο Doeleman. "Μπορούν να πάνε σε όλο τον γαλαξία και είναι αυτή η απελευθέρωση ενέργειας σε γαλαξιακή κλίμακα που μπορεί να αλλάξει τον τρόπο εμφάνισης ενός γαλαξία ολόκληρου".
Η ενέργεια των πίδακες που ρέουν από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα καθορίζεται από το πόση ύλη καταναλώνει η μαύρη τρύπα καθώς και από την περιστροφή της, το μαγνητικό πεδίο και άλλες ιδιότητες. "Τα αεριωθούμενα αεροπλάνα φέρουν το ισοδύναμο των 10 δισεκατομμυρίων σουπερνόβα στην ενέργεια", λέει η Sera Markoff, μέλος του επιστημονικού συμβουλίου της EHT και καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ, στη συνέντευξη Τύπου. "Αυτές οι βίαιες καταβόθρες στον ιστό του χωροχρόνου έχουν πολλές συνέπειες μόνοι τους", λέει ο Markoff. Όταν μια μαύρη τρύπα εκπέμπει τεράστια ποσά ενέργειας, εμποδίζει τα αέρια γύρω από τον ορίζοντα συμβάντων να σχηματίσουν νέα αστέρια, που μαστίζουν την ανάπτυξη των γαλαξιών.
Στο κέντρο μιας μαύρης τρύπας, σύμφωνα με τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, είναι ένα σημείο μοναδικότητας όπου όλη η ύλη του αντικειμένου συμπυκνώνεται σε έναν όγκο τόσο μικρό που η πυκνότητα είναι ουσιαστικά άπειρη. Σε αυτό το σημείο, οι γνωστοί νόμοι της φυσικής πιστεύεται ότι καταρρέουν. Πιο κοντά στον ορίζοντα της εκδήλωσης, όμως, οι επιστήμονες θα διερευνήσουν τη μορφή της σιλουέτας της μαύρης τρύπας για να ελέγξουν τους νόμους της σχετικότητας.
"Πρέπει να παραδεχτώ ότι ήμουν λίγο έκπληκτος που συμπλήρωσε τόσο πολύ τις προβλέψεις που είχαμε κάνει", λέει η Avery Broderick, αστροφυσικός με την EHT και αναπληρωτής καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Waterloo, στη συνέντευξη Τύπου. "Είναι ευχάριστο αλλά και λίγο αναστατωμένο."
Το σχήμα του φωτός γύρω από τη μαύρη τρύπα, γνωστό ως δακτύλιο φωτονίων όπου το φως περιβάλλει το κέντρο, χρησιμεύει ως η πιο εντατική δοκιμασία των θεωριών βαρύτητας του Αϊνστάιν που έγιναν ποτέ.
"Ένας από τους λόγους που βλέπετε ότι ο δακτύλιος του φωτός είναι ότι αυτή είναι η τροχιά στην οποία τα φωτόνια είναι αναγκασμένα να κινούνται σε ένα κύκλο γύρω από τη μαύρη τρύπα", λέει ο Doeleman. "Είναι πραγματικά εξαιρετικό - παίρνετε ένα αντικείμενο όπως ένα φωτόνιο που ταξιδεύει τόσο γρήγορα όσο μπορεί να πάει οτιδήποτε στο σύμπαν, όσο πιο γρήγορα μπορείτε να μετακινήσετε και τότε συνειδητοποιείτε ότι υπάρχει ένα αντικείμενο που ονομάζεται μαύρη τρύπα, έναν πλήρη κύκλο. Και αυτό είναι ουσιαστικά αυτό που βλέπετε. ... Και αν περάσετε από τις εξισώσεις του Αϊνστάιν, αυτή είναι μια πολύ ειδική τροχιά. "
Βλέποντας το δαχτυλίδι γύρω από μια μαύρη τρύπα, η σκιά του σκιαγραφεί ενάντια στον Κόσμο, επιβεβαίωσε ότι η θεωρητική φυσική που είχε τεθεί πριν από περισσότερα από 100 χρόνια εξακολουθεί να ισχύει "σε ένα από τα πιο ακραία εργαστήρια που μας παρέχει το σύμπαν".
"Νομίζω ότι μιλάει στο ανθρώπινο πνεύμα, ειλικρινά, ότι μπορούμε να το βγάλουμε", λέει ο Doeleman.
Οι Black Hole Hunters προβάλλουν την Παρασκευή 12 Απριλίου στις 9 μ.μ. στο κανάλι Smithsonian.
