Πριν από τρία χρόνια, η επιστημονική κοινότητα του Event Horizon Telescope (EHT) εξέπληξε τον κόσμο με την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας που καταγράφηκε στον γειτονικό γαλαξία M87. Τώρα, η ίδια ομάδα έδειξε για πρώτη φορά άμεσες οπτικές αποδείξεις με την πρώτη εικόνα της μαύρης τρύπας στον γαλαξία μας, χρησιμοποιώντας παρατηρήσεις από ένα παγκόσμιο δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε πώς έχει ληφθεί μια εικόνα της μαύρης τρύπας στον γαλαξία μας και τι επιπτώσεις έχει.
Τραβήξτε μια εικόνα της μαύρης τρύπας στον γαλαξία μας
Αυτός είναι ο Τοξότης Α*, μια εξαιρετικά μεταβλητή πηγή ακτινοβολίας που αλλάζει συνεχώς. Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν αλγόριθμους εδώ και χρόνια για να ανασυνθέσουν την εξέλιξή του με την πάροδο του χρόνου σαν να ήταν "ταινία", αλλά έχουν πλέον καταφέρει και αποδώσουν τις στατικές τους εικόνες.
Εκτός από μια σειρά εργασιών που δημοσιεύθηκαν σε μια ειδική έκδοση του The Astrophysical Journal Letters, η Ομάδα Συνεργασίας του Event Horizon Telescope (EHT) αποκάλυψε το ορόσημο σήμερα σε μια σειρά ταυτόχρονων διεθνών συνεντεύξεων τύπου σε όλο τον κόσμο.
«Αυτή είναι η πρώτη εικόνα του Τοξότη Α*, της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας στο κέντρο του Γαλαξία, που έχει 4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη μάζα από τον Ήλιο. Παρέχουμε την πρώτη άμεση οπτική απόδειξη της ύπαρξής τους», δήλωσε η Sara Issaoun, Αστροφυσικός του Χάρβαρντ A Center Research Fellow, μιλώντας στα κεντρικά γραφεία του Ευρωπαϊκού Νότιου Παρατηρητηρίου (ESO) στο Μόναχο της Γερμανίας.
Τα αποτελέσματα παρείχαν συντριπτικά στοιχεία ότι το αντικείμενο ήταν μια μαύρη τρύπα και παρείχαν πολύτιμες ενδείξεις για τη λειτουργία αυτών των γιγάντων αστεριών, που πιστεύεται ότι βρίσκονται στο κέντρο των περισσότερων γαλαξιών.
Σύμφωνα με περισσότερους από 300 επιστήμονες από τα 80 κέντρα που συμμετείχαν στην ανακάλυψη, η γιγαντιαία τρύπα «ζυγίζει» περίπου 4 εκατομμύρια ηλιακές μάζες, σε μια περιοχή όχι μεγαλύτερη από το ηλιακό μας σύστημα. 27.000 έτη φωτός από τον πλανήτη μας. Από τη δική μας οπτική γωνία, έχει το μέγεθος ενός ντόνατ στο φεγγάρι στον ουρανό.
πρώτη οπτική απόδειξη
Η εικόνα είναι μια πολυαναμενόμενη ματιά στο τεράστιο αντικείμενο στο κέντρο του γαλαξία μας. Οι επιστήμονες είδαν αστέρια που περιφέρονται γύρω από μερικά πολύ μεγάλα, συμπαγή, αόρατα αντικείμενα στο κέντρο του Γαλαξία. Αυτό υποδηλώνει έντονα ότι το ουράνιο σώμα Sadge A* είναι μια μαύρη τρύπα.
Αν και δεν μπορούμε να δούμε την ίδια τη μαύρη τρύπα επειδή είναι εντελώς σκοτεινή, το λαμπερό αέριο που την περιβάλλει αποκαλύπτει ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα: μια σκοτεινή κεντρική περιοχή (που ονομάζεται σκιά) που περιβάλλεται από μια φωτεινή δομή δακτυλίου. Η νέα όψη συλλαμβάνει το φως που κάμπτεται από την ισχυρή βαρύτητα της μαύρης τρύπας.
«Μας εξέπληξε που το μέγεθος του δακτυλίου ταίριαζε τόσο καλά με τις προβλέψεις της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Αϊνστάιν», δήλωσε ο Geoffrey Bower, επικεφαλής επιστήμονας του έργου EHT στο Ινστιτούτο Αστρονομίας και Αστροφυσικής, Academia Sinica, Ταϊπέι. «Αυτές οι άνευ προηγουμένου παρατηρήσεις βελτιώνουν σημαντικά την κατανόησή μας για το τι συμβαίνει στο κέντρο του γαλαξία μας και παρέχουν νέες ιδέες για το πώς αλληλεπιδρούν οι γιγάντιες μαύρες τρύπες με το περιβάλλον τους".
Η παρατήρηση ενός τόσο απομακρυσμένου αντικειμένου θα απαιτούσε ένα τηλεσκόπιο μεγέθους Γης, έστω και εικονικά ή ισοδύναμα, και αυτό μπορεί να επιτύχει το EHT. Αποτελείται από οκτώ ραδιοτηλεσκόπια που βρίσκονται στη Χιλή, τις Ηνωμένες Πολιτείες, το Μεξικό, την Ισπανία και το Νότιο Πόλο. Στις ΗΠΑ, που λειτουργεί από το Ευρωπαϊκό Νότιο Παρατηρητήριο (ESO) και άλλους διεθνείς εταίρους στην έρημο Ατακάμα στη Χιλή, στην Ευρώπη ξεχωρίζει το Ινστιτούτο Χιλιομετρικής Ραδιοαστρονομίας (IRAM) στη Σιέρα Νεβάδα (Γρανάδα).
Το EHT παρατήρησε τον Τοξότη Α* για αρκετές συνεχόμενες νύχτες, συλλέγοντας δεδομένα για ώρες, παρόμοια με τη χρήση μακράς έκθεσης σε φωτογραφική μηχανή. Ανάμεσα στα ραδιοτηλεσκόπια που απαρτίζουν το EHT, η κεραία IRAM του Τα 30 μέτρα μήκος έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στις παρατηρήσεις, επιτρέποντας τη λήψη των πρώτων εικόνων.
Μέσω μιας τεχνικής που ονομάζεται πολύ μεγάλη συμβολομετρία αναφοράς (VLBI, η οποία χρησιμοποιεί μαθηματικές πράξεις αντί για φακούς), τα σήματα από όλα τα ραδιοτηλεσκόπια έχουν συνδυαστεί και τα δεδομένα τους υποβάλλονται σε επεξεργασία από αλγόριθμους και υπερυπολογιστές για την ανασύσταση της καλύτερης δυνατής εικόνας.
Η Θάλεια Τραϊανού, ερευνήτρια στο Ανδαλουσιανό Ινστιτούτο Αστροφυσικής (IAA-CSIC), προσθέτει: «Η τεχνολογία θα μας επιτρέψει να αποκτήσουμε νέες εικόνες μαύρων τρυπών, ακόμη και ταινίες».
Δύο παρόμοιες μαύρες τρύπες
Όσον αφορά την εικόνα της μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87 που λήφθηκε το 2019, οι επιστήμονες συμφωνούν ότι οι δύο μαύρες τρύπες μοιάζουν πολύ, παρόλο που η μαύρη τρύπα στον γαλαξία μας είναι περισσότερο από 1000 φορές μικρότερο και μικρότερο από το M87*, το οποίο απέχει 55 εκατομμύρια έτη φωτός. Το γιγάντιο αστέρι έχει μάζα 6.500 δισεκατομμύρια ήλιους και διάμετρο 9.000 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, που σημαίνει ότι το ηλιακό σύστημα μέχρι τον Ποσειδώνα θα εισέλθει σε αυτό.
«Έχουμε δύο εντελώς διαφορετικούς τύπους γαλαξιών και δύο πολύ διαφορετικές μάζες μαύρων οπών, αλλά κοντά στις άκρες αυτών των μαύρων οπών, μοιάζουν εκπληκτικά», δήλωσε η Sera Markoff, συμπρόεδρος της Επιστημονικής Επιτροπής EHT και καθηγήτρια θεωρητικής αστροφυσικής. στο Πανεπιστήμιο του Άμστερνταμ. Αυτό μας λέει ότι η γενική σχετικότητα διέπει αυτά τα αντικείμενα από κοντά και ότι τυχόν διαφορές που βλέπουμε πιο μακριά οφείλονται σε διαφορές στην ύλη που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα. »
Έτσι το εξηγεί ο Roberto Emparan, θεωρητικός φυσικός και καθηγητής ICREA στο Ινστιτούτο Κοσμολογίας του Πανεπιστημίου της Βαρκελώνης στην SMC Ισπανίας: «Αυτή τη στιγμή, μπορούμε να πούμε ότι η ομοιότητα μεταξύ της εικόνας του M87* από το 2019 και η τρέχουσα εικόνα προέρχεται από ένα SgrA * που δείχνει ότι, ανεξάρτητα από το μέγεθος της μαύρης τρύπας, το περιβάλλον που βρίσκεται πιο κοντά στη μαύρη τρύπα είναι πολύ παρόμοιο. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις θα μας πουν περισσότερα για τις ιδιότητες της ύλης που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα και ίσως είμαστε σε θέση να πούμε αν το αντικείμενο είναι όντως αυτό που προέβλεψε η θεωρία του Αϊνστάιν ή ένας πιο εξωτικός «απατεώνας» ή «αντιγραφέας».
Ο Gonzalo J. Olmo, καθηγητής του Τμήματος Θεωρητικής Φυσικής και του IFIC του Hybrid Center του Πανεπιστημίου της Βαλένθια και του CSIC, και ο Diego Rubiera-García, ερευνητής ταλέντων του Τμήματος Θεωρητικής Φυσικής του Πανεπιστημίου Complutense της Μαδρίτης συμπίπτουν. «Αν και αυτό το αντικείμενο είναι χίλιες φορές μεγαλύτερο από τα αντικείμενα που παρατηρούνται σήμερα στον Γαλαξία μας, η ομοιότητά του με τη «μικρή» μαύρη τρύπα μας δείχνει τη γενικότητα της φυσικής που περιγράφει αυτά τα αντικείμενα», τονίζουν στην SMC Spain.
Ωστόσο, τα σημερινά αποτελέσματα είναι πολύ πιο δύσκολα από το M87*, αν και ο Τοξότης Α* είναι πιο κοντά. Η ομάδα έπρεπε να αναπτύξει εξελιγμένα νέα εργαλεία για να εξηγήσει την κίνηση του αερίου γύρω από το Sgr A*. Ενώ ο M87* είναι απλούστερος και πιο σταθερός φακός, σχεδόν όλες οι εικόνες φαίνονται ίδιες, ο Sgr A* δεν είναι.
«Το αέριο κοντά στη μαύρη τρύπα κινείται με την ίδια ταχύτητα, σχεδόν τόσο γρήγορα όσο το φως, κοντά στους Τοξότες Α* και Μ87*», εξήγησε ο επιστήμονας της EHT Chi-kwan Chan του Παρατηρητηρίου Steward και του Τμήματος Αστρονομίας και Δεδομένων. Πανεπιστήμιο της Αριζόνα, ενώ το αέριο χρειάζεται μέρες έως εβδομάδες για να περιστραφεί γύρω από το μεγαλύτερο M87*, ο πολύ μικρότερος Τοξότης Α* ολοκληρώνει μια τροχιά σε λίγα λεπτά».
«Αυτό σημαίνει ότι η φωτεινότητα και το σχέδιο του αερίου γύρω από τον Τοξότη Α* αλλάζει γρήγορα καθώς το EHT συνεργάζεται για να το παρατηρήσει: είναι λίγο σαν να προσπαθείς να έχεις μια ξεκάθαρη εικόνα ενός κουταβιού που κυνηγάει γρήγορα την ουρά τουσυνέχισε.
Η εικόνα της μαύρης τρύπας Sgr A* είναι ο μέσος όρος των διαφορετικών εικόνων που εξήγαγε η ομάδα, αποκαλύπτοντας τελικά το γιγάντιο αστέρι στο κέντρο του Γαλαξία μας για πρώτη φορά.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τις εικόνες που τραβήχτηκαν από τη μαύρη τρύπα στον γαλαξία μας.