Event Horizon Telescope, planetární měřítko osmi pozemních rádiových dalekohledů vytvořených v rámci mezinárodní spolupráce, zachytil tento obraz supermasivní černé díry ve středu galaxie M87 a jejího stínu.
(Obrázek: © EHT Spolupráce)
Černé díry byly konečně vytaženy ze stínů.
Poprvé v historii lidstvo vyfotografovalo jednu z těchto nepolapitelných kosmických zvířat, zářící světlo na exotickou vesmírnou říši, která byla dávno mimo naši ken.
"Viděli jsme to, co jsme považovali za nepoužitelné," řekl Sheperd Doeleman z Harvardské univerzity a Harvardsko-Smithsonovského centra pro astrofyziku dnes (10. dubna) během tiskové konference v Národním tiskovém klubu ve Washingtonu, D.C.
Doeleman řídí projekt Event Horizon Telescope (EHT), který zachytil epické snímky. Tyto čtyři fotografie, které byly dnes odhaleny při tiskových událostech po celém světě a v řadě publikovaných článků, nastíňují obrysy černé díry monster číhající v srdci eliptické galaxie M87.
Snímky samy o sobě dost vyfukují. Ale ještě důležitější je cesta, po které budou nové výsledky pravděpodobně planout, uvedli vědci.
„Je tu opravdu nové pole, které musíme prozkoumat,“ řekl Peter Galison, profesor fyziky a dějin vědy na Harvardu, minulý měsíc v přednášce EHT na festivalu South by Southwest (SXSW) v Austinu v Texasu. "A to je v konečném důsledku to vzrušující."
Galison, který spoluzakládal Harvardovu interdisciplinární iniciativu Black Hole Initiative (BHI), porovnával potenciální dopady snímků s dopady kreseb, které provedl anglický vědec Robert Hooke v 16. století. Tyto ilustrace ukázaly lidem, jak hmyz a rostliny vypadají mikroskopem.
„Otevřel to svět,“ řekla Galison o Hookeově práci.
Dalekohled o velikosti Země
EHT je konsorcium více než 200 vědců, kteří se v pracích zabývají asi dvě desetiletí. Je to opravdu mezinárodní úsilí; financování v průběhu let pocházelo z Národní vědecké nadace USA a mnoha dalších organizací v zemích celého světa.
Název projektu je odvozen od známého místa návratu černé díry - hranice, za níž nemůže uniknout gravitačním spárám objektu nic, dokonce ani světlo.
"Horizont událostí je konečná zeď vězení," řekl agentuře Space.com zakladatel Bvi Avi Loeb, předseda Harvardova astronomického oddělení. (Loeb není součástí týmu EHT.) „Jakmile už budeš, nemůžeš se nikdy dostat ven.“
Je tedy nemožné vyfotografovat interiér černé díry, pokud se vám tam nějak nepodaří dostat. (Vy a vaše obrázky se samozřejmě nemůžete dostat zpět do okolního světa.)
EHT tedy zobrazuje horizont událostí a mapuje temnou siluetu černé díry. (Disk rychle se pohybujícího plynu vířící kolem a do černých děr vydává hodně záření, takže takové siluety vyniknou.)
"Hledáme ztrátu fotonů," řekl Space.com člen vědecké rady EHT Dan Marrone, docent astronomie na Arizonské univerzitě.
Projekt zkoumal dvě černé díry - monstrum M87, které má asi 6,5 miliardkrát větší množství než Slunce Země, a centrální černou díru naší Mléčné dráhy, známou jako Střelec A *. Tento posledně jmenovaný objekt, i když je stále supermasivní černou dírou, je ve srovnání s bestií M87 skvrnou, obsahující pouze 4,3 milionu solárních hmot.
Oba tyto objekty jsou těžkými cíli kvůli jejich obrovské vzdálenosti od Země. Střelec A * leží od nás asi 26 000 světelných let a černá díra M87 je neuvěřitelných 53,5 milionu světelných let.
Z našeho pohledu je horizont událostí Střelce A * tak malý, že je to ekvivalent vidění oranžové na Měsíci nebo schopnost číst noviny v Los Angeles, když sedíte v New Yorku, “řekl Doeleman během událost SXSW minulý měsíc.
Žádný jediný dalekohled na Zemi nemůže toto pozorování provést, takže Doeleman a zbytek týmu EHT museli být kreativní. Vědci propojili radioteleskopy v Arizoně, Španělsku, Mexiku, Antarktidě a dalších místech po celém světě a vytvořili virtuální nástroj o velikosti Země.
Tolik dat
Tým EHT použil tento megascope ke studiu dvou supermasivních černých děr pro dva týdenní úseky - jednou v dubnu 2017 a znovu následující rok. Nové snímky pocházejí z prvního pozorovacího běhu.
Existují dobré důvody, proč trvalo první dva roky, než vyšel první výsledek projektu. Pro jednu věc, každou noc pozorování vygenerovalo asi 1 petabajt dat, což mělo za následek takovou zátěž, že tým musel přesunout své informace z místa na místo staromódním způsobem.
"Neexistuje žádný způsob, jak bychom mohli tato data přenášet přes internet," uvedl na akci SXSW vědec projektu EHT Dimitrios Psaltis, profesor astronomie na Arizonské univerzitě. „Takže to, co vlastně děláme, je, že vezmeme naše pevné disky a FedEx je z místa na místo. Je to mnohem rychlejší než jakýkoli kabel, který můžete kdy najít.“
To samozřejmě zpomaluje a komplikuje analýzu. Například data z rozsahu EHT poblíž jižního pólu se nemohla dostat z Antarktidy až do prosince 2017, kdy bylo dost teplo na to, aby se letadla dostala dovnitř a ven, řekla Marrone.
Korelace a kalibrace dat byla také složitá, dodal. A tým se o tuto práci velmi staral, vzhledem k významné povaze nálezu.
„Pokud přijdeš s velkým nárokem na zobrazení černé díry, musíš mít velké důkazy, velmi silné důkazy,“ řekl Doeleman na akci SXSW (která sloužila jako vysvětlení snahy EHT, ale neohlásila jakékoli výsledky).
„A v našem projektu si často myslíme, že lidé jako [Albert] Einstein, [Arthur] Eddington [a Karl] Schwarzschild] se nějak dívají na naše ramena,“ dodal s odkazem na fyziky, kteří pomáhali průkopníkům v našem chápání černých děr. "A když máte svítidla takovou, že vaši práci prakticky kontrolují, opravdu ji chcete napravit."
Co to všechno znamená
Projekt EHT má dva hlavní cíle, uvedl Psaltis: poprvé představit si horizont událostí a pomoci určit, zda Einsteinova teorie obecné relativity potřebuje nějaké revize.
Než přišel Einstein, byla gravitace obecně považována za tajemnou sílu na dálku. Ale obecná relativita to popisuje jako pokřivení časoprostoru: Masivní objekty, jako jsou planety, hvězdy a černé díry, vytvářejí v kosmickém prostoru určitý pokles, stejně jako by bowlingová koule byla umístěna na trampolíně. Objekty v okolí sledují tuto křivku a jsou nasměrovány k centrální hmotě.
Obecná relativita se od svého zavedení neuvěřitelně dobře udržovala po celé století a prošla každou zkouškou, kterou na ni vědci hodili. Pozorování EHT však poskytují další pokus v extrémní říši, kde předpovědi nemusí odpovídat skutečnosti. Je to proto, že astronomové mohou vypočítat očekávanou velikost a tvar horizontu událostí pomocí obecné relativity, vysvětlila Psaltis.
Pokud pozorovaná silueta odpovídá simulacím založeným na teorii, „měl Einstein 100% pravdu,“ řekla Psaltis. „Pokud odpověď zní ne, pak musíme jeho teorii vyladit, aby fungovala s experimenty. Takto jde věda.“
A dnes jsme se dozvěděli, že není potřeba žádné vylepšení, alespoň v tuto chvíli: pozorování M87 EHT jsou v souladu s obecnou relativitou, uvedli členové týmu. Konkrétně horizont událostí je téměř kruhový a je „správnou“ velikostí pro černou díru této obrovské hmoty.
"Musím přiznat, že jsem byl trochu ohromen, že se tak přesně shodovaly s předpovědi, které jsme učinili," řekl na dnešní tiskové konferenci člen týmu EHT Avery Broderick z University of Waterloo a Perimeter Institute for Theoretical Physics v Kanadě. .
Tato pozemní pravda je pro vědecký proces samozřejmě nezbytná. Loeb řekl, že poskytování lepších informací, které by mohly být využity v teoriích a simulacích, bude pravděpodobně jedním z největších příspěvků EHT.
„Dělat fyziku je dialog s přírodou,“ řekl. "Naše nápady testujeme jejich porovnáním s experimenty; experimentální data jsou zásadní."
Nové výsledky by také měly vědcům pomoci lépe zvládnout černé díry, řekl spolu s dalšími vědci. Například snímky EHT budou pravděpodobně osvětlovat významné světlo o tom, jak se spirály plynu snižují do černé díry. Tento proces narůstání, který může vést ke generování silných paprsků záření, je špatně pochopen, řekl Loeb.
Kromě toho tvar horizontu událostí může odhalit, zda se černá díra otáčí, uvedla Fiona Harrisonová z Kalifornského technologického institutu, hlavní vyšetřovatelka studia černé díry NASA Pole nukleárního spektroskopického dalekohledu (NuSTAR) mise.
„Nepřímo jsme odvodili rotaci černých děr,“ řekl Harrison, který není členem týmu EHT, pro agenturu Space.com. Snímky EHT poskytují „přímý test, který je velmi vzrušující,“ dodala.
Data EHT odhalila, že černá díra M87 se točí ve směru hodinových ručiček, uvedli členové týmu dnes.
Projekt by měl také ukázat, jak je hmota distribuována kolem černé díry, a pozorování EHT by mohla astronomy nakonec naučit hodně o tom, jak supermasivní černé díry formují vývoj jejich hostitelských galaxií v dlouhodobých měřítcích, řekl Harrison.
Výsledky EHT také dobře zapadají do výsledků Gravitační vlnová observatoř s laserovým interferometrem (LIGO), který detekoval vlnové časy zvlnění vzniklé spojením černých děr jen několik desítekkrát hmotnějších než slunce.
"Navzdory kolísání přes miliardu hmotností jsou známé černé díry shodné s jediným popisem," řekl Broderick dnes. "Velké a malé černé díry jsou důležitými způsoby analogické. To, co se učíme od jednoho typu, se nutně vztahuje i na druhé."
A v případě, že přemýšlíte o Střelci A *: Tým EHT doufá, že brzy získá představu o této superhmotné černé díře, řekl Doeleman dnes. Vědci se nejprve podívali na M87 a je to o něco snazší vyřešit než Střelec A *, protože je v krátkých časových intervalech méně variabilní, vysvětlil.
Nová perspektiva?
Pak je tu širší přitažlivost nově vydaných snímků - jak to mluví s těmi z nás, kteří nejsou astrofyzici.
Příspěvky v této aréně by mohly být významné, uvedli členové týmu EHT a externí vědci. Fotografie mohou změnit způsob, jakým přemýšlíme o sobě a našem místě ve vesmíru, poznamenal Marrone, citujíc slavnou fotografii „Earthrise“ pořízenou astronautem Apolla 8 Billem Andersem v prosinci 1968. Tento obrázek, který dal masám letmý pohled na naši planetu, jak je to skutečně - osamělý výklenek života v nekonečném moři temnoty - je široce uznáván za pomoc při podněcování environmentálního hnutí.
Vidět černou díru v reálném životě - stejně jako její siluetu - „je věcí science fiction,“ řekl Harrison. A viděli jsme jen několik prvních fotek projektu, dodala: „Budou se zlepšovat.“
- Astronomové se poprvé podívají do černé díry s dalekohledem Event Horizon
- Tato obrovská černá díra se točí při poloviční rychlosti světla!
- 8 Baffling Astronomy Mysteries
Kniha Mika Wallové o hledání mimozemského života, “Tam venku"(Grand Central Publishing, 2018; ilustrováno Karl Tate), je nyní venku. Sledujte ho na Twitteru @ michaeldwall. Sleduj nás na Twitteru @Spacedotcom nebo Facebook.
