Eureka! Tutkijat valokuvaavat mustan aukon ensimmäistä kertaa

Event Horizon Telescope, planeetan mittakaavassa oleva kahdeksan maanpäällisen radioteleskoopin sarja, joka on muodostettu kansainvälisen yhteistyön avulla, otti tämän kuvan M87-galaksin keskellä olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta ja sen varjosta.

Event Horizon Telescope, planeetan mittakaavassa oleva kahdeksan maanpäällisen radioteleskoopin sarja, joka on muodostettu kansainvälisen yhteistyön avulla, otti tämän kuvan M87-galaksin keskellä olevasta supermassiivisesta mustasta aukosta ja sen varjosta. (Kuvaluotto: EHT Collaboration)



Mustia aukkoja on vihdoin vedetty varjoista.



Ensimmäistä kertaa ihmiskunta on kuvannut yhden näistä vaikeasti tavoitettavissa olevista kosmisista eläimistä, jotka loistavat valoa eksoottiseen avaruus-aika-alueeseen, joka oli pitkään ollut kenemme ulkopuolella.

`` Olemme nähneet, mitä luulimme näkemättömäksi '', Sheperd Doeleman, Harvardin yliopistosta ja Harvard-Smithsonianin astrofysiikan keskuksesta, sanoi tänään (10. huhtikuuta) lehdistötilaisuudessa National Press Clubissa Washingtonissa.



Aiheeseen liittyviä: Mikä tarkalleen on Black Hole Event Horizon (ja mitä siellä tapahtuu)?

Doeleman ohjaa Tapahtuman horisontti -teleskooppi (EHT) -projekti, joka otti eeppiset kuvat. Nämä neljä valokuvaa, jotka julkistettiin tänään lehdistötapahtumissa ympäri maailmaa ja julkaisusarjoissa, hahmottavat elliptisen galaksin M87 sydämessä piilevän hirviön mustan aukon ääriviivat.

Kuvat ovat mieleenpainuvia jo sinänsä. Mutta vielä merkittävämpi on polku, jonka uudet tulokset todennäköisesti loistavat, tutkijat sanoivat.



'' On todella uutta aluetta tutkittavaksi '', totesi Harvardin fysiikan ja tieteen historian professori Peter Galison. EHT -keskustelu viime kuussa South by Southwest (SXSW) -festivaalilla Austinissa, Texasissa. 'Ja se on viime kädessä tässä niin jännittävää.'

Galison, joka perusti Harvardin monitieteisen Black Hole Initiativen (BHI), vertaa kuvien mahdollisia vaikutuksia englantilaisen tutkijan Robert Hooken 1600-luvulla tekemiin piirustuksiin. Nämä kuvat osoittivat ihmisille miltä hyönteiset ja kasvit näyttävät mikroskoopilla.

'Se avasi maailman', Galison sanoi Hooken työstä.



Maan kokoinen teleskooppi

EHT on yli 200 tutkijan yhteenliittymä, joka on työskennellyt noin kaksi vuosikymmentä. Se on todella kansainvälinen yritys; rahoitusta on vuosien varrella saanut Yhdysvaltain kansallinen tiedesäätiö ja monet muut organisaatiot eri puolilla maailmaa.

Projekti on saanut nimensä mustan aukon kuuluisasta palauttamattomasta kohdasta - rajasta, jonka ylitse mikään, ei edes valo, voi paeta objektin painovoimasta.

'Tapahtumahorisontti on vankilan muuri', BHI: n perustajajohtaja Avi Loeb, Harvardin tähtitieteen osaston puheenjohtaja, kertoi demokratija.euille. (Loeb ei ole osa EHT -tiimiä.) 'Kun olet mukana, et voi koskaan päästä ulos.'

Siksi on mahdotonta kuvata mustan aukon sisätiloja, ellet onnistu pääsemään sinne itse. (Sinä ja kuvasi eivät tietenkään päässeet takaisin ulkomaailmaan.)

Joten EHT kuvaa tapahtumahorisontin ja kartoittaa mustan aukon tumman siluetin. (Nopeasti liikkuvan kaasun kiekko, joka pyörii mustien aukkojen ympärille ja sinne, säteilee paljon, joten tällaiset siluetit erottuvat.)

'Etsimme fotonien häviämistä', EHT: n tiedeneuvoston jäsen Dan Marrone, Arizonan yliopiston tähtitieteen apulaisprofessori, kertoi demokratija.euille.

Hankkeessa on tutkittu kahta mustaa aukkoa - M87 -behemotti, jossa on noin 6,5 miljardia kertaa maapallon auringon massa, ja omaa Linnunradan galaksimme mustaa aukkoa, joka tunnetaan nimellä Jousimies A* . Tämä jälkimmäinen kohde, vaikka se on edelleen supermassiivinen musta aukko, on rommi verrattuna M87: n petoon, joka sisältää vain 4,3 miljoonaa aurinkomassaa.

Molemmat kohteet ovat kovia kohteita, koska ne ovat valtavan kaukana Maasta. Jousimies A* sijaitsee noin 26 000 valovuoden päässä meistä, ja M87: n musta aukko on mahtavan 53,5 miljoonan valovuoden päässä.

Meidän näkökulmastamme Jousimies A*: n tapahtumahorisontti on niin pieni, että se vastaa oranssin näkemistä kuussa tai lukemista sanomalehdessä Los Angelesissa istuessasi New Yorkissa, Doeleman sanoi. SXSW -tapahtuma viime kuussa.

Yksikään maapallon teleskooppi ei voi tehdä tätä havaintoa, joten Doelemanin ja muun EHT -tiimin piti olla luova. Tutkijat ovat yhdistäneet radioteleskoopit Arizonassa, Espanjassa, Meksikossa, Etelämantereella ja muualla maailmassa, muodostaen maapallon kokoisen virtuaalisen instrumentin.

Aiheeseen liittyviä: Kuvat: Universumin mustat reiät

Niin paljon dataa

EHT -tiimi on käyttänyt tätä megaskooppia tutkimaan kahta supermassiivista mustaa reikää kahden viikon pituisen jakson ajan - kerran huhtikuussa 2017 ja uudelleen seuraavana vuonna. Uudet kuvat ovat peräisin ensimmäisestä havaintoajasta.

On hyviä syitä, miksi hankkeen ensimmäisen tuloksen saaminen kestää kaksi vuotta. Ensinnäkin, joka yö tarkkailuun tuotti noin yhden petatavun dataa, mikä johti siihen, että tiimin on siirrettävä tiedot paikasta toiseen vanhanaikaiseen tapaan.

'Emme voi mitenkään siirtää näitä tietoja Internetin kautta', EHT -projektitutkija Dimitrios Psaltis, Arizonan yliopiston tähtitieteen professori, sanoi SXSW -tapahtumassa. 'Joten me todella teemme, että otamme kiintolevyt ja FedEx ne paikasta toiseen. Tämä on paljon nopeampi kuin mikään kaapeli, jota voit koskaan löytää. '

Tämä tietysti hidastaa ja vaikeuttaa analyysiä. Esimerkiksi Etelä -Navan lähellä sijaitsevan EHT -alueen tiedot eivät voineet päästä Etelämantereelta vasta joulukuussa 2017, jolloin se oli tarpeeksi lämmin lentokoneiden sisään ja ulos, Marrone sanoi.

Tietojen korrelointi ja kalibrointi oli myös hankalaa, hän lisäsi. Ja tiimi otti erittäin huolellisesti tämän työn huomioon, koska löytö on merkittävä.

`` Jos aiot esittää suuren väitteen kuvata musta aukko, sinulla on oltava suuria todisteita, erittäin vahvoja todisteita '', Doeleman sanoi SXSW -tapahtumassa (joka selitti EHT -työtä, mutta ei ilmoittanut mitään tuloksia).

'Ja projektissamme ajattelemme usein, että [Albert] Einsteinin, [Arthur] Eddingtonin [ja Karl] Schwarzschildin kaltaiset ihmiset katsovat hartioidemme yli', hän lisäsi viitaten fyysikoihin, jotka auttoivat edelläkävijänä ymmärtämään mustia aukkoja. 'Ja kun valaisimet virtuaalisesti tarkistavat työsi, haluat todella saada sen oikein.'

Aiheeseen liittyviä: Maailmankaikkeuden kummallisimmat mustat aukot

Arizonan yliopiston simuloitu kuva näyttää turbulentin plasman äärimmäisessä ympäristössä supermassiivisen mustan aukon ympärillä.

Arizonan yliopiston simuloitu kuva näyttää turbulentin plasman äärimmäisessä ympäristössä supermassiivisen mustan aukon ympärillä.(Kuva: Arizonan yliopisto)

Mitä se kaikki tarkoittaa

EHT -projektilla on kaksi päätavoitetta, Psaltis sanoi: kuvata tapahtumahorisontti ensimmäistä kertaa ja auttaa määrittämään, tarvitseeko Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian tarkistuksia.

Ennen kuin Einstein tuli, painovoimaa pidettiin yleensä salaperäisenä voimana kaukaa. Mutta yleinen suhteellisuusteoria kuvaa sitä avaruusajan vääntymisenä: Massiiviset esineet, kuten planeetat, tähdet ja mustat aukot, luovat eräänlaisen avaruusajan sag-muodon, aivan kuten keilapallo, jos se asetettaisiin trampoliinille. Läheiset kohteet seuraavat tätä käyrää ja kulkevat kohti keskusmassaa.

Yleinen suhteellisuusteoria on kestänyt uskomattoman hyvin vuosisadan ajan sen käyttöönoton jälkeen ja läpäissyt kaikki testit, jotka tutkijat ovat heittäneet siihen. Mutta EHT: n havainnot tarjoavat toisen kokeilun äärimmäisessä valtakunnassa, jossa ennusteet eivät ehkä vastaa todellisuutta. Tämä johtuu siitä, että tähtitieteilijät voivat laskea tapahtumahorisontin odotetun koon ja muodon käyttämällä yleistä suhteellisuusteoriaa, Psaltis selitti.

Jos havaittu siluetti vastaa teoriaan perustuvia simulaatioita, 'niin Einstein oli 100% oikeassa', Psaltis sanoi. 'Jos vastaus on ei, meidän on muokattava hänen teoriaansa, jotta se toimisi kokeilla. Näin tiede etenee. '

Ja opimme tänään, että muutoksia ei tarvita, ainakin tällä hetkellä: EHT: n M87 -havainnot ovat yleisen suhteellisuusteorian mukaisia, tiimin jäsenet sanoivat. Nimittäin tapahtumahorisontti on lähes pyöreä ja se on 'oikea' koko tämän valtavan massan mustalle aukolle.

'' Minun on myönnettävä, että olin hieman hämmästynyt siitä, että se vastasi niin tarkasti ennusteitamme '', sanoi EHT -tiimin jäsen Avery Broderick Waterloon yliopistosta ja Kanadan Perimeter Institute for Theoretical Physics -lehdestä tänään tiedotustilaisuudessa. .

Tällainen maanpinnoitus on tietysti elintärkeää tieteelliselle prosessille. Loeb sanoi, että paremman tiedon tarjoaminen teorioihin ja simulaatioihin on todennäköisesti yksi EHT: n suurimmista panoksista.

'Fysiikan tekeminen on vuoropuhelu luonnon kanssa', hän sanoi. ”Testaamme ideoitamme vertaamalla niitä kokeisiin; kokeelliset tiedot ovat ratkaisevia. ''

Uusien tulosten pitäisi myös auttaa tutkijoita saamaan parempi käsitys mustista aukoista, hän ja muut tutkijat sanoivat. Esimerkiksi EHT -kuvat tuovat todennäköisesti merkittävää valoa siihen, miten kaasu kiertyy alas mustan aukon leukaan. Tämä kertymisprosessi, joka voi johtaa voimakkaiden säteilysuihkujen syntymiseen, on huonosti ymmärretty, Loeb sanoi.

Lisäksi tapahtumahorisontin muoto voi paljastaa, onko musta aukko pyörimässä, sanoi Fiona Harrison Kalifornian teknillisestä instituutista, NASA: n mustan aukon tutkivan ydinspektroskooppisen teleskooppimatriisin (NuSTAR) päätutkija.

`` Olemme päätelleet mustien aukkojen pyörimisen epäsuorasti '', Harrison, joka ei kuulu EHT -tiimiin, kertoi demokratija.euille. EHT -kuvat tarjoavat 'suoran testin, joka on erittäin jännittävää', hän lisäsi.

EHT: n tiedot paljastivat, että M87 -musta aukko pyörii myötäpäivään, tiimin jäsenet sanoivat tänään.

Projektin pitäisi myös osoittaa, kuinka aine jakautuu mustan aukon ympärille, ja EHT -havainnot voivat lopulta opettaa tähtitieteilijöille paljon siitä, kuinka supermassiiviset mustat aukot muokkaavat isäntägalaktiensa kehitystä pitkällä aikavälillä, Harrison sanoi.

EHT: n tulokset sopivat hyvin yhteen myös Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) -tutkimuksen kanssa, joka on havainnut avaruus-aika-aaltoja, jotka syntyvät fuusioista, joissa on vain muutama tusina kertaa enemmän massaa kuin aurinko.

'Huolimatta siitä, että massa vaihtelee miljardin kerroksen välillä, tunnetut mustat aukot ovat kaikki yhdenmukaisia ​​yhden kuvauksen kanssa', Broderick sanoi tänään. '' Pienet ja suuret mustat aukot ovat tärkeillä tavoilla samanlaisia. Se, mitä opimme yhdestä [tyypistä], pätee välttämättä toiseen. '

Ja jos mietit Jousimies A*: EHT -tiimi toivoo saavansa kuvia tuosta supermassiivisesta mustasta aukosta pian, Doeleman sanoi tänään. Tutkijat katsoivat ensin M87: tä, ja se on hieman helpompi ratkaista kuin Jousimies A*, koska se on vähemmän vaihteleva lyhyellä aikavälillä, hän selitti.

Uusi näkökulma?

Sitten on äskettäin julkaistujen kuvien laajempi vetovoima - kuinka se puhuu niille meistä, jotka eivät ole astrofyysikoita.

Panokset tällä areenalla voivat olla merkittäviä, EHT -tiimin jäsenet ja ulkopuoliset tutkijat sanoivat. Valokuvat voivat muuttaa tapaamme ajatella itseämme ja paikkamme maailmankaikkeudessa, Marrone totesi viitaten Apollo 8: n astronautin Bill Andersin joulukuussa 1968 ottamaan kuuluisaan Earthrise -valokuvaan. se todella on - yksinäinen etuvartio loputtomassa pimeyden meressä - tunnetaan laajalti ympäristöliikkeen kannustamisesta.

Tosielämän mustan aukon-tai sen siluetin-näkeminen on tieteiskirjallisuutta, Harrison sanoi. Ja olemme nähneet vain projektin ensimmäiset kuvat, hän lisäsi: 'Ne vain paranevat.'

Mike Wallin kirja vieraan elämän etsimisestä, Tuolla '' (Grand Central Publishing, 2018; kuvittaja Karl Tate ), on nyt poissa. Seuraa häntä Twitterissä @michaeldwall . Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom tai Facebook .