Pierwszy obraz czarnej dziury jest tutaj

W centrum Messiera 87, masywna galaktyka w pobliskiej gromadzie galaktycznej Panny, istnieje supermasywna czarna dziura. Ten wszechobecny region czasoprzestrzeni, nazwany M87, znajduje się ponad 55 milionów lat świetlnych od Ziemi i szacuje się, że ma rdzeń zasysający światło 6, 5 miliarda razy więcej niż masa Słońca.

Po raz pierwszy mamy „obraz” tego niebiańskiego potwora, a nawet ma on nazwę: Powehi, co oznacza „ozdobione bezdenne ciemne stworzenie”. Uderzająca nazwa to wspólny wysiłek astronomów i profesora językowego Uniwersytetu Hawajskiego Larry'ego Kimury.

„To ogromny dzień w astrofizyce” - powiedziała w oświadczeniu dyrektor NSF France Córdova. „Widzimy to, co niewidzialne. Czarne dziury od dziesięcioleci pobudzają wyobraźnię. Mają egzotyczne właściwości i są dla nas tajemnicze. Jednak dzięki większej liczbie takich obserwacji ujawniają swoje sekrety. Właśnie dlatego istnieje NSF. Umożliwiamy naukowcom i inżynierom oświecić nieznane, odkryć subtelny i złożony majestat naszego wszechświata ”.

Jak powiedział astronom Tim Muxlow z Manchesteru, The Guardian w 2017 r., Uchwycony obraz nie jest dokładnie bezpośrednim zdjęciem czarnej dziury, a jedynie obrazem jej cienia.

„Będzie to obraz jego sylwetki przesuwającej się na tle blasku promieniowania serca Drogi Mlecznej” - powiedział. „To zdjęcie po raz pierwszy ujawni kontury czarnej dziury”.

Gigantyczna galaktyka eliptyczna Messier 87 pojawia się na tym bardzo głębokim obrazie. Zdjęcie supermasywnej czarnej dziury w sercu tej galaktyki zostało niedawno zrobione przez międzynarodowy zespół naukowców. (Zdjęcie: Chris Mihos, Case Western Reserve University / ESO / Wikimedia)

Pomimo swoich supermasywnych rozmiarów M87 jest wystarczająco daleko od nas, aby stanowić ogromne wyzwanie dla każdego teleskopu do uchwycenia. Zdaniem Natury, wymagałoby to czegoś o rozdzielczości ponad 1000 razy lepszej niż Kosmiczny Teleskop Hubble'a. Zamiast tego astronomowie postanowili stworzyć coś większego - znacznie większego.

W kwietniu 2018 r. Astronomowie zsynchronizowali globalną sieć teleskopów radiowych, aby obserwować bezpośrednie otoczenie M87. Razem, podobnie jak fikcyjna postać robota Voltron, połączyli się, aby utworzyć Event Horizon Telescope (EHT), wirtualne obserwatorium wielkości planety, zdolne uchwycić niespotykane szczegóły na duże odległości.

„Zamiast budować teleskop tak duży, że prawdopodobnie zawaliłby się pod własnym ciężarem, połączyliśmy osiem obserwatoriów, takich jak fragmenty gigantycznego lustra”, Michael Bremer, astronom z Międzynarodowego Instytutu Badawczego Radia Astronomii (IRAM) i projekt w tamtym czasie cytowany jest kierownik ds. Event Horizon Telescope. „To dało nam wirtualny teleskop tak duży jak Ziemia - o średnicy około 10 000 kilometrów (6 200 mil)”.

Zajmuje wioskę (teleskopów)

Lokalizacje uczestniczących radioteleskopów, które zsynchronizowały się, tworząc planetę Event Horizon Telescope. (Zdjęcie: Europejskie Obserwatorium Południowe)

Przez kilka dni, zamknięte ze sobą przy użyciu wyjątkowej precyzji zegarów atomowych, radioteleskopy zarejestrowały ogromną ilość danych na M87.

Według European Southern Observatory, jego Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), partner biorący udział w Event Horizon Telescope, sam zarejestrował ponad petabajt (1 milion gigabajtów) informacji o czarnej dziurze. Zbyt duże, aby można je było przesłać przez Internet, fizyczne dyski twarde wysłano samolotem i wprowadzono do klastrów obliczeniowych (zwanych korelatorem) znajdujących się w Obserwatorium Haystack MIT w Cambridge w stanie Massachusetts oraz w Instytucie Radia Astronomii im. Maxa Plancka w Bonn w Niemczech.

A potem naukowcy czekali. Pierwszą przeszkodą na drodze do przetworzenia obrazu był ósmy uczestniczący radioteleskop stacjonujący na Antarktydzie. Ponieważ od lutego do października nie są możliwe loty, ostateczny zestaw danych zarejestrowany przez Teleskop Bieguna Południowego został dosłownie umieszczony w chłodni. W dniu 13 grudnia 2017 r. Ostatecznie dotarł do Obserwatorium Haystacka.

„Po rozgrzaniu dysków zostaną one załadowane na dyski do odtwarzania i przetworzone danymi z pozostałych 7 stacji EHT w celu ukończenia wirtualnego teleskopu wielkości Ziemi, który łączy naczynia z bieguna południowego, Hawajów, Meksyku, Chile, Arizony, i Hiszpania ”, zespół ogłosił w grudniu 2017 r.„ Zakończenie porównania nagrań powinno zająć około 3 tygodni, a potem można rozpocząć ostateczną analizę danych EHT w 2017 r. ”

Ta ostateczna analiza objęła cały 2018 r., W którym 200-osobowy zespół badawczy dokładnie przestudiował zebrane dane i uwzględnił wszelkie źródła błędów (turbulencje w atmosferze ziemskiej, losowy hałas, fałszywe sygnały itp.), Które mogą pogorszyć obraz horyzontu zdarzeń . Musieli także opracować i przetestować nowe algorytmy przekształcające dane w „mapy emisji radiowych na niebie”.

Jak powiedział Shep Doeleman, dyrektor EHT w aktualizacji z maja 2018 r., Proces był tak pracochłonny, że astronomowie nazwali go „ostateczną opóźnioną gratyfikacją”.

Według NSF zebrane dane zmierzyły ponad 5 petabajtów i składały się z ponad pół tony dysków twardych.

Ogólna teoria względności Einsteina przechodzi kolejny wielki test

Zbliżenie czarnej dziury w sercu Messiera 87. (Zdjęcie: National Science Foundation)

Według naukowców kształt cienia czarnej dziury to kolejny aspekt teorii ogólnej teorii względności Einsteina.

„Jeśli zanurzymy się w jasnym obszarze, jak dysk świecącego gazu, oczekujemy, że czarna dziura stworzy ciemny obszar podobny do cienia - coś przewidywanego przez ogólną teorię względności Einsteina, której nigdy wcześniej nie widzieliśmy” - wyjaśnił przewodniczący EHT Rada Naukowa Heino Falcke z Radboud University, Holandia. „Ten cień, spowodowany zginaniem grawitacyjnym i przechwytywaniem światła przez horyzont zdarzeń, wiele mówi o naturze tych fascynujących obiektów i pozwolił nam zmierzyć ogromną masę czarnej dziury M87”.

Teraz, gdy obraz został ujawniony, jego istnienie może jedynie pogłębić pytania i wzbudzać podziw wśród tych tajemniczych zjawisk astronomicznych. Sama inżynieria, która doprowadziła do tego historycznego momentu, jest wystarczającym powodem do świętowania.

„Osiągnęliśmy coś, co wydawało się niemożliwe przed pokoleniem”, dyrektor projektu EHT Sheperd S. Doeleman z Centrum Astrofizyki | Harvard i Smithsonian powiedzieli. „Przełom w technologii, połączenia między najlepszymi obserwatoriami radiowymi na świecie oraz innowacyjne algorytmy zebrali się, aby otworzyć całkowicie nowe okno na czarne dziury i horyzont wydarzeń”.

Nota redaktora: artykuł został zaktualizowany o nowe informacje od czasu jego pierwszej publikacji w styczniu 2018 r.

Podobne Artykuły