Didžiausias objektas mūsų nakties danguje - iki šiol! - mums nematomas. Objektas yra Super masyvi juodoji skylė (SMBH) mūsų Paukščių Tako galaktikos centre, vadinamas Šauliu A. Tačiau netrukus galime pamatyti Šaulio A įvykio horizonto vaizdą. Šis vaizdas gali sukelti iššūkį Einšteino bendrojo reliatyvumo teorijai.
Niekas niekada nematė juodosios skylės įvykių horizonto. Intensyvus gravitacinis traukimas apsaugo nuo bet kokio, net ir lengvo, pabėgimo. Įvykio horizontas yra negrįžimo taškas. Nesvarbu, be šviesos ir jokios informacijos negali pabėgti. Bet mes galime būti arti to, kad gautume Šaulio A įvykio horizonto vaizdą, naudodamiesi „Event Horizon“ teleskopu (EHT).
EHT yra tarptautinis bendradarbiavimas, skirtas ištirti artimiausią juodosios skylės aplinką. Tai ne vienas teleskopas, o greičiau susieta radijo teleskopų sistema visame pasaulyje, visi kartu dirbantys naudojant interferometriją. Išmatuojant elektromagnetinę energiją iš juodąją skylę supančio regiono su daugeliu radijo indų keliose vietose, galima nustatyti kai kurias šaltinio savybes.
EHT tyrėjai tikisi, kad jų pastebėjimai ilgainiui pateiks intensyvaus gravitacinio efekto, kurį mes tikimės pamatyti šalia juodosios skylės, vaizdus. Jie taip pat tikisi aptikti dinamiką darbe, esančioje šalia skylės, nes aplink orbitą sklindančios medžiagos įbrėžimo diske pasiekia reliatyvistinį greitį.
EHT projektas per ketverius metus surinko duomenis apie Šaulį A ir dar vieną juodąją skylę, vadinamą M87, „Virgo A“ galaktikos centre. Tie ketveri metai baigėsi 2017 m. Balandžio mėn., Tačiau 200 mokslininkų ir inžinierių komanda vis dar analizuoja duomenis. Tuo tarpu komanda išleido kompiuterio modelio vaizdus, kuriuos tikisi pamatyti.
Vaizdas gali atrodyti nedaug, bet jis yra reikšmingas. Tai prilygsta laikraščio antraštės skaitymui Mėnulyje stovint Žemėje. Vaizdas gali padėti mums atsakyti į keletą painių klausimų, susijusių su juodosiomis skylėmis:
- Kokį vaidmenį formuojant galaktikas vaidino juodosios skylės?
- Kaip atrodo šviesa ir materija, kai jie patenka į juodąją skylę?
- Kokie energijos srautai šaudo iš juodųjų skylių?
Taip pat yra tikimybė, kad vaizdas, kurį sukuria EHT iš Šaulio A, reikš, kad reikės atnaujinti Einšteino bendrojo reliatyvumo teoriją. (Nors lažintis su Einšteinu paprastai yra bloga idėja.)
Juodosios skylės ir renginių horizontas
Juodosios skylės iš esmės yra žvaigždės lavonas. Kai labai masyvi žvaigždė dega per visą savo kurą, ji suyra iki ypač tankaus taško arba išskirtinumo. Juodoji skylė turi neįtikėtinai galingą gravitacinį trauką, kuris traukia dujas ir dulkes link jos. Kartą per 10 000 metų Šaulys A netgi sunaudoja žvaigždę.
Įvykio horizontas yra tarsi apvalkalas aplink juodąją skylę. Kai bet koks dalykas ar net šviesa pasieks įvykio horizontą, jis bus baigtas. Juodoji skylė išauga, nes sunaudoja materiją, taip pat plečiasi įvykių horizontas.
Šaulys A, mūsų pačių sukurtas „Super-Massive Black Hole“ (SMBH), yra didžiulis. Jo masė yra 4 milijonus kartų didesnė nei Saulės. Tačiau net ir palyginus su kitais SMBH, jis nėra toks didelis. Kitas SMBH EHT projekte yra daug didesnis, jo masė yra 7 milijardai kartų didesnė už Saulės masę.
Tyrinėdamas plotą aplink juodąją skylę, EHT sukurs įvykio horizonto vaizdą. Medžiagai kažkas nutinka, kai ji patenka į juodąją skylę. Jis sudaro susisukančių dujų ir dulkių susikaupimo diską, kuris iš esmės yra laikymo schemoje, kol jis įsiurbia į angą. Ta medžiaga padidėja iki reliatyvistinio greičio, tai reiškia, kad arti šviesos greičio. Kai tai atsitiks, medžiaga yra perkaitinta, ir ji skleidžia energiją.
Bet juodoji skylė yra tokia galinga gravitacine prasme, kad sulenkia tą šviesą reiškinyje, vadinamame gravitaciniu lęšiu. Šis lęšis sukuria tamsią sritį, vadinamą juodosios skylės šešėliu. Remiantis teorija, įvykio horizontas turėtų būti apie 2,5 karto didesnis už šešėlį. Taigi kai mokslininkai turi šešėlio atvaizdą, jie žino įvykio horizonto dydį. Įvykio horizonto dydis yra proporcingas juodosios skylės masei. Taigi Šaulio A atveju jis turėtų būti maždaug 24 milijonų km (15 milijonų mylių) skersmens.
Pačios juodosios skylės paveikslėlių nebus, bet bus ir šešėlio, kurį meta juodoji skylė, vaizdų. Moksliškai tai yra didelis šuolis mūsų supratimui apie juodąsias skyles. Jei kiltų abejonių dėl juodųjų skylių, šešėlio vaizdas suteiks tvirtų įrodymų, kad juodosios skylės iš tikrųjų yra.
EHT ir reaktyviniai lėktuvai
Nepaisant didžiulio Šaulio A dydžio, jis danguje yra mažas. Tai per maža, kad galėtų pamatyti vieną teleskopą. Štai kodėl EHT buvo įdiegtas. Jis sujungia 7 atskirus radijo teleskopus visame pasaulyje į vieną didelį virtualų teleskopą, naudojant metodą, vadinamą labai ilgą pradinę interferometriją (VLBI), tai, ką astronomijos mėgėjai žino. Virtualus teleskopas turi daug didesnę skiriamąją galią nei viena sritis, ir astronomai leido ištirti teritoriją netoli Sgr. A.
Per vieną savaitę, 2017 m. Balandžio mėn., EHT komanda nurodė visas septynias savo sritis Sgr A, o septyni atominiai laikrodžiai užfiksavo signalų atvykimo laiką į kiekvieną teleskopą. Tyrinėdami ir derindami signalus, mokslininkai gali sukurti Agr paveikslą. Tai yra daug laiko reikalaujantis procesas.
Energiniai purkštukai, sklindantys iš juodosios skylės apylinkių, ypač domina tyrėjus. Medžiaga, besisukanti juodosios skylės akcento diske, įkaista iki milijardų laipsnių. Dalis jo patenka į juodąją skylę, bet ne visa.
Energetiniai purkštukai yra ta dalis, iš kurios išeina akcencijos diskas. Jie važiuoja arti šviesos greičio dešimtimis tūkstančių šviesmečių. Mokslininkai nori daugiau sužinoti apie juos.
Kalbant apie Sgr. A, mes nežinome, ar yra purkštukų. Per pastaruosius kelis dešimtmečius jis nebuvo labai aktyvus, todėl gali nebūti purkštukų. Bet jei jie ten yra, EHT ten pasiims radijo signalus. Tada mes galime gauti atsakymus į keletą esminių klausimų apie purkštukus:
- Kaip jie prasideda?
- Kaip jie įsibėgėja iki reliatyvistinio greičio?
- Kaip jie laikosi įtempto dėmesio?
- Iš ko jie yra pagaminti?
Ar Einšteino bendrojo reliatyvumo teorija bėdoje?
Tikriausiai ne. Bet yra galimybė.
Didžioji mūsų Saulės sistemos dalis yra gana prozašiška, darbo vieta. Štai iš kur yra dauguma mūsų stebėjimo įrodymų, pagrindžiančių bendrą reliatyvumą. Tačiau juodąją skylę supantis regionas nėra normali kaimynystė.
Ten sąlygos yra ekstremalios. Intensyvus sunkumas, perkaitinti medžiagos purkštukai, judantys arti šviesos greičio ir įvykio horizonto. Bet kalbant apie bendrąjį reliatyvumą, tai daugiausia susiję su gravitacija ir šviesa.
Bendrasis reliatyvumas prognozuoja, kad juodosios skylės sunkumas kreivės erdvės laiką ir traukia viską link jo, įskaitant šviesą. EHT surinkti duomenys pateiks šio reiškinio matavimus, kuriuos galima palyginti su Einšteino prognozėmis. Jei duomenys sutampa su prognozėmis, Einšteinas vėl laimi.
Bendrasis reliatyvumas leidžia dar kartą numatyti: šešėlinis akcento diskas turėtų būti apskritas. Jei jis nėra apskritas ir yra labiau kiaušinis, tada bendrojo reliatyvumo formulės nėra visiškai tikslios.
Johnas Wardle'as yra astronomas, dešimtmečius tyręs juodąsias skylutes, dar tada, kai jos dar buvo tik teorinis konstruktas. Jis labai įsitraukė į EHT projektą. Wardle'as mano, kad bendrasis reliatyvumas atlaikys šį testą ir kad Einšteinas vėl laimės. Bet jei bendrasis reliatyvumas neatitiks šio testo, atsidursime labai sunkioje ir keistoje situacijoje.
„Tada mes būsime griežtoje tiesioje striukėje, nes jūs negalite atlikti pakeitimų, kurie sujauktų visus kitus blokus, kurie veikia“, - sakė Wardle'as. „Tai būtų labai įdomu“.
- Brandeio universiteto pranešimas spaudai: „Kaip atrodo juodoji skylė?“
- Renginio horizonto teleskopas
- Vikipedijos įrašas: interferometrija
- Vikipedijos įrašas: „Event Horizon“
