Starptautiskais radioteleskopu tīkls ir sagatavojis pirmo tuvplāna melnā cauruma ēnas attēlu, ko zinātnieki atklāja šorīt (10. aprīlī). Sadarbība, kuru sauca par notikumu horizonta teleskopu, apstiprināja gadu desmitiem ilgas prognozes par to, kā gaisma izturēsies ap šiem tumšajiem objektiem, un lika ceļu uz jaunu melno caurumu astronomijas laikmetu.
"No nulles skalas līdz pārsteidzošam, tas bija pārsteidzošs," teica Erin Bonning, astrofiziķis un melno caurumu pētnieks Emory universitātē, kurš nebija iesaistīts attēlveidošanas centienos.
"To sakot, tas bija tas, ko es gaidīju," viņa stāstīja Live Science.
Paziņojums, kas tika norunāts apmēram pusotru nedēļu iepriekš, spēja būt gan neticami aizraujošs, gan gandrīz pilnīgi bez pārsteidzošām detaļām vai jaunas fizikas. Fizika nesadalījās. Netika atklātas nekādas negaidītas melno caurumu pazīmes. Pats attēls bija gandrīz ideāli piemērots melno caurumu ilustrācijām, kuras mēs esam pieraduši redzēt zinātnē un popkultūrā. Liela atšķirība ir tā, ka tas ir daudz neskaidrāks.
Bija vairāki svarīgi jautājumi, kas saistīti ar melnajiem caurumiem, kuri tomēr palika neatrisināti, tomēr sacīja Bonnings.
Kā melnie caurumi rada to milzīgo karsto, ātro vielu strūklu?
Visiem supermasīvajiem melnajiem caurumiem ir iespēja sakošļāt tuvumā esošo vielu, absorbēt lielāko daļu to notikumu horizonta un atlikušo daļu izspiest kosmosā gandrīz gaismas ātrumā degošos torņos, ko astrofiziķi sauc par "relativistiskām strūklām".
Melnais caurums Jaunavas A centrā (saukts arī par Messier 87) ir bēdīgi slavens ar iespaidīgajām strūklām, spiegošanas vielām un starojumu visā kosmosā. Tās relativistiskās strūklas ir tik milzīgas, ka tās var pilnībā izbēgt no apkārtējās galaktikas.
Un fiziķi zina plašus gājienus, kā tas notiek: Materiāls paātrinās līdz galējam ātrumam, jo tas labi iekrīt melnā cauruma gravitācijas stāvoklī, pēc tam daļa no tā izkļūst, saglabājot šo inerci. Bet zinātnieki nav vienisprātis par detaļām, kā tas notiek. Šis attēls un ar to saistītie dokumenti vēl nepiedāvā sīkāku informāciju.
Izdomājot to, pēc Bonninga sacītā, būs nepieciešams sasaistīt Event Horizons teleskopa novērojumus - kas aizņem diezgan nelielu vietu - ar daudz lielākiem relativistisko sprauslu attēliem.
Lai gan fiziķiem vēl nav atbilžu, viņa sacīja, ka pastāv liela iespēja, ka tie drīzumā nonāks - it īpaši, ja sadarbība rada attēlus par savu otro mērķi: supermasīvo melno caurumu Strēlnieks A * mūsu pašu galaktikas centrā, kas neražo tādas sprauslas kā Jaunava A. Viņa sacīja, ka, salīdzinot divus attēlus, varētu būt skaidrība.
Kā vispārējā relativitāte un kvantu mehānika sader?
Ikreiz, kad fiziķi sanāk sarunāties par patiešām aizraujošu jaunu atklājumu, jūs varat sagaidīt, ka dzirdēsit kādu, kurš ierosinās, ka tas varētu palīdzēt izskaidrot "kvantu gravitāciju".
Tas ir tāpēc, ka kvantu gravitācija ir lielākais fizikā nezināmais. Apmēram gadsimtu fiziķi ir strādājuši, izmantojot divus dažādus noteikumu kopumus: vispārējo relativitāti, kas aptver tādas lielas lietas kā gravitācija, un kvantu mehāniku, kas aptver ļoti mazas lietas. Problēma ir tā, ka šie divi rokasgrāmatas ir tieši pretrunā viens ar otru. Kvantu mehānika nespēj izskaidrot smagumu, un relativitāte nespēj izskaidrot kvantu uzvedību.
Kādu dienu fiziķi cer savienot abus grandiozā vienotā teorijā, iespējams, ietverot sava veida kvantu gravitāciju.
Un pirms šodienas paziņojuma tika spekulētas, ka tas varētu ietvert nelielu izrāvienu šajā jautājumā. (Ja vispārējās relativitātes prognozes nebūtu apstiprinājušās attēlā, tas būtu virzījis bumbu uz priekšu.) Nacionālā zinātnes fonda ziņu laikā Avery Broderick, Kanādas Vaterlo Universitātes fiziķis un līdzstrādnieks projektā ieteica šāda veida atbildes.
Bet Bonning bija skeptiski noskaņots pret šo prasību. Šis attēls nebija vispār pārsteidzošs no vispārējās relativitātes perspektīvas, tāpēc tas nepiedāvāja jaunu fiziku, kas varētu aizvērt plaisu starp abiem laukiem, sacīja Bonnings.
Tomēr joprojām nav nekas traks, ka cilvēki cer uz atbildēm uz šāda veida novērojumiem, viņa sacīja, jo melnā cauruma ēnas mala rada relativistiskus spēkus mazās, kvantu lieluma telpās.
"Mēs gaidām, ka kvantu gravitācija būs redzama ļoti, ļoti tuvu notikumu horizontam vai ļoti, ļoti agrīnā Visuma sākumā," viņa sacīja.
Bet pie Event Horizons teleskopa joprojām neskaidrā izšķirtspējas, viņa teica, mēs, visticamāk, neatradīsim šāda veida efektus, pat ja ienāksim plānotie jauninājumi.
Vai Stefana Hokinga teorijas bija tikpat pareizas kā Einšteina?
Fiziķa Stefana Hokingena lielākais agrīnās karjeras ieguldījums fizikā bija "Hokinga starojuma" ideja - melnie caurumi faktiski nav melni, bet laika gaitā izstaro nelielu daudzumu starojuma. Rezultāts bija ļoti svarīgs, jo tas parādīja, ka, tiklīdz melnais caurums pārstāj augt, tas sāks ļoti lēnām sarukt no enerģijas zudumiem.
Bet Event Horizons teleskops šo teoriju neapstiprināja vai noliedza, sacīja Bonnings, nevis ka kāds to gaidīja.
Viņa sacīja, ka tādi milzīgi melni caurumi kā Jaunava A izstaro tikai minimālu Hawking starojuma daudzumu salīdzinājumā ar to kopējo lielumu. Kaut arī mūsu vismodernākie instrumenti tagad var atklāt notikumu horizonta spilgtās gaismas, ir maz ticams, ka tie kādreiz iznīdēs supermasīvā melnā cauruma virsmas ultra-blāvo mirdzumu.
Šie rezultāti, pēc viņas teiktā, visticamāk, radīsies no vissīkākajiem melnajiem caurumiem - teorētiskiem, īslaicīgiem objektiem, kas ir tik mazi, ka jūs, iespējams, rokā apņemsit visu viņu notikumu horizontu. Izmantojot iespēju veikt tiešus novērojumus un iegūt daudz vairāk starojuma, salīdzinot ar to kopējo lielumu, cilvēki galu galā var izdomāt, kā to radīt vai atrast un noteikt tā starojumu.
Ko tad mēs patiesībā iemācījāmies no šī tēla?
Pirmkārt, fiziķi atkal uzzināja, ka Einšteinam bija taisnība. Ēnas mala, ciktāl to redz Event Horizons teleskops, ir perfekts aplis, tāpat kā 20. gadsimtā fiziķi strādāja ar Einšteina vispārējās relativitātes vienādojumiem.
"Es nedomāju, ka kādam vajadzētu būt pārsteigtam, kad iztur vēl vienu vispārējās relativitātes pārbaudi," sacīja Bonnings. "Ja viņi būtu gājuši uz skatuves un sacījuši, ka vispārējā relativitāte ir sabojājusies, es būtu nokritis no sava krēsla."
Viņa sacīja, ka rezultāts ar tiešākām, praktiskām sekām bija tāds, ka attēls ļāva zinātniekiem precīzi izmērīt šī supermasīvā melnā cauruma masu, kas atrodas 55 miljonu gaismas gadu attālumā Jaunavas A galaktikas centrā. Tas ir 6,5 miljardus reižu masīvāks nekā mūsu saule.
Tas ir liels darījums, sacīja Bonnings, jo tas varētu mainīt veidu, kā fiziķi sver supermasīvos melnos caurumus citu, tālāku vai mazāku galaktiku sirdīs.
Pašlaik fiziķiem ir diezgan precīzi izmērīts supermasīvā melnā cauruma masa Piena ceļa centrā, sacīja Bonnings, jo viņi var vērot, kā tā gravitācija pārvieto atsevišķas zvaigznes savā apkārtnē.
Bet citās galaktikās mūsu teleskopi neredz atsevišķu zvaigžņu kustības, viņa sacīja. Tātad fiziķi ir iestrēguši pie rupjākiem mērījumiem: kā melnā cauruma masa ietekmē gaismu, kas nāk no dažādiem galaktiku zvaigžņu slāņiem, vai kā tā masa ietekmē gaismu, kas nāk no dažādiem galaktikā brīvi peldošas gāzes slāņiem.
Bet šie aprēķini ir nepilnīgi, viņa sacīja.
"Jums ir jāmodelē ļoti sarežģīta sistēma," viņa sacīja.
Un abas metodes galu galā dod nedaudz atšķirīgus rezultātus visos galaktiku fiziķu novērojumos. Bet vismaz attiecībā uz Jaunavas A melno caurumu mēs tagad zinām, ka viena metode ir pareiza.
"Mūsu noteiktais 6,5 miljardu saules masu daudzums nolaižas tieši virs smagākās masas noteikšanas," - Sera Markoff, Amsterdamas Universitātes astrofiziķe un projekta līdzstrādniece, sacīja ziņu brīfingā.
Tas nenozīmē, ka fiziķi vienkārši pārcelsies uz šo pieeju melno caurumu masu mērīšanai, sacīja Bonnings. Bet tas tomēr piedāvā svarīgu datu punktu turpmāko aprēķinu uzlabošanai.
