2019. gada aprīlī Event Horizon Telescope sadarbības vēsture padarīja vēsturi, kad tā izlaida pirmo melnā cauruma attēlu, kas jebkad uzņemts. Šis sasniegums bija gadu desmitiem ilgs, un tas izraisīja starptautisku mediju cirku. Attēls bija rezultāts, kas pazīstams kā interferometrija, kad observatorijas visā pasaulē apvienoja gaismu no saviem teleskopiem, lai izveidotu saliktu attēlu.
Šis attēls parādīja to, ko astrofiziķi jau ilgu laiku ir paredzējuši, ka ārkārtējs gravitācijas saliekums izraisa fotonu krišanos ap notikuma horizontu, veicinot spožos gredzenus, kas tos ieskauj. Pagājušajā nedēļā, 18. martā, Hārvarda-Smitsona astrofizikas centra (CfA) pētnieku grupa paziņoja par jaunu pētījumu, kas parāda, kā melnā cauruma attēli varētu atklāt sarežģītu substruktūru tajos.
Nesen žurnālā parādījās pētījums, kas apraksta viņu atradumus ar nosaukumu “Melnā cauruma fotonu gredzena universālie interferometriskie paraksti” Zinātnes sasniegumi. Komandu vadīja Maikls Džonsons, CfA astrofiziķis un piesaistīja dalībniekus no Hārvarda Melnā cauruma iniciatīvas (BHI), Los Alamos Nacionālās laboratorijas, Prinstonas Teorētisko zinātņu centra un vairākām universitātēm.
Kā Džonsons paskaidroja nesenā CfA paziņojumā presei:
“Melnā cauruma attēlā faktiski ir ligzdota gredzenu sērija. Katram secīgajam gredzenam ir aptuveni vienāds diametrs, bet tas kļūst arvien asāks, jo tā gaisma vairākkārt apļāvās melnajā caurumā pirms nonākšanas novērotājā. Ar pašreizējo EHT attēlu mēs esam pamanījuši tikai pilnīgu sarežģītību, kurai vajadzētu parādīties jebkura melnā cauruma attēlā. ”
Kā stāsta vispārējās relativitātes likums, gravitācijas lauki maina telpas laika izliekumu. Melnā cauruma gadījumā efekts ir ārkārtējs un liek apkārt tiem iekļūt pat gaismai (fotoniem). Šie fotoni met ēnu uz ienākošo gāzu un putekļu spožo gredzenu, kuru melnā cauruma gravitācija paātrina līdz relativistiskam ātrumam.
Ap šo ēnaino reģionu atrodas “fotonu gredzens”, kas izveidots no fotoniem, kuri ir koncentrēti ar spēcīgu gravitācijas spēku melnā cauruma tuvumā. Šis gredzens var daudz pastāstīt astronomiem par melno caurumu, jo tā lielums un forma atklāj melnā cauruma masu un rotāciju (sauktu arī par “spin”). EHT attēlu dēļ melno caurumu pētniekiem tagad ir rīks, ar kuru izpētīt melnos caurumus.
Kopš piecdesmitajiem gadiem astronomi ir daudz uzzinājuši par viņiem, izpētot to ietekmi uz apkārtējo vidi. Citiem vārdiem sakot, melno caurumu izpēte ir bijusi netieša un teorētiska. Bet ar iespēju fotografēt šos debess objektus astronomi beidzot var tos tieši izpētīt un iegūt reālus datus.
Ilinoisas Universitātes Urbana-Champaign fizikas absolvents Džordžs Vongs bija atbildīgs par programmatūras izstrādi, lai iegūtu simulētus melno caurumu attēlus. Šī programmatūra ļāva aprēķināt attēlus, kuriem līdz šim bija visaugstākā izšķirtspēja, un ļāva viņu komandai tos sadalīt paredzētajās apakšattēlu sērijās. Kā Wong norādīja:
“Dažādu jomu ekspertu apvienošana ļāva mums patiešām sasaistīt fotonu gredzena teorētisko izpratni ar to, kas ir iespējams ar novērošanu. Tas, kas sākās kā klasiski zīmuļa un papīra aprēķini, pamudināja mūs simulācijas virzīt uz jaunām robežām. ”
Īpaši pārsteidzoši pētnieki bija tas, kā melnā cauruma attēla atklātā substruktūra rada jaunas pētījumu iespējas. Kaut arī to parādītie subringi parasti ar attēlu ir neredzami ar neapbruņotu aci, tie rada ļoti skaidrus signālus, kad tos novēro ar teleskopu masīviem, izmantojot interferometriju.
Tas astronomiem piedāvā salīdzinoši vieglu veidu, kā izvērst līdz šim EHT sadarbības ietvaros veikto darbu. "Lai gan melnā cauruma attēlu uztveršanai parasti nepieciešami daudzi izkliedēti teleskopi, subringi ir lieliski piemēroti, lai pētītu, izmantojot tikai divus teleskopus, kas atrodas ļoti tālu viens no otra," sacīja Džonsons. "Pietiktu ar viena kosmiskā teleskopa pievienošanu EHT."
Astronomijas un astrofizikas jomas pēdējos gados ir piedzīvojušas vairākas revolūcijas. Starp pirmajiem starpzvaigžņu objektu novērojumiem, gravitācijas viļņu apstiprināšanu un pirmajiem tiešajiem melnā cauruma novērojumiem. Šie pirmie ir ļāvuši veikt pētījumu, kas sola atklāt daudzus paliekošus noslēpumus par kosmosu.
Komandas pētījumus daļēji ļāva piešķirt dotācijas, ko piešķīra NASA, Nacionālais zinātnes fonds (NSF), Enerģētikas departaments (DoE) un vairāki zinātniskie un pētniecības fondi.
