Cel mai mare obiect din cerul nocturn - de departe! - este invizibil pentru noi. Obiectul este Gaura Neagră Super-Masivă (SMBH) din centrul galaxiei noastre din Calea Lactee, numită Săgetătorul A. Dar în curând vom putea avea o imagine a orizontului evenimentului Săgetător A. Iar această imagine poate reprezenta o provocare pentru teoria lui Einstein despre relativitatea generală.
Nimeni nu a văzut orizontul evenimentului unei găuri negre. Atracția gravitațională intensă împiedică să scape orice, chiar ușor. Orizontul evenimentului este punctul de neîntoarcere. Indiferent, fără lumină și nici o informație nu poate scăpa. Dar putem fi aproape de a obține o imagine a orizontului evenimentului Săgetător A, datorită Telescopului Orizontului evenimentelor (EHT).
EHT este o colaborare internațională destinată investigării împrejurimilor imediate ale unei găuri negre. Nu este un singur telescop, ci mai degrabă un sistem legat de radiotelescoape de pe întregul glob care lucrează împreună folosind interferometrie. Măsurând energia electromagnetică din regiunea care înconjoară gaura neagră cu mai multe mâncăruri radio în mai multe locații, unele proprietăți ale sursei pot fi derivate.
Cercetătorii cu EHT speră că observațiile lor vor oferi în cele din urmă imagini cu efectele gravitaționale intense pe care ne așteptăm să le vedem în apropierea găurii negre. Ei speră, de asemenea, să detecteze o parte din dinamica la locul de muncă în apropierea găurii, deoarece materia orbitantă pe discul de acumulare atinge viteza relativistă.
Proiectul EHT a adunat date despre Săgetătorul A și o altă gaură neagră numită M87 în centrul galaxiei Fecioara A, pe o perioadă de patru ani. Că patru ani s-au încheiat în aprilie 2017, dar echipa de 200 de oameni de știință și ingineri analizează în continuare datele. Între timp, echipa a lansat imagini cu model de computer cu ceea ce speră să vadă.
Imaginea poate să nu pară mult, dar este semnificativă. Este echivalentul a citi un titlu de ziar pe lună în timp ce stăteai pe Pământ. Imaginea ne poate ajuta să răspundem la câteva întrebări confuze cu privire la găurile negre:
- Ce rol au jucat găurile negre în formarea galaxiilor?
- Cum arată lumina și materia în timp ce cad spre o gaură neagră?
- Din ce sunt făcute fluxurile de energie din găurile negre?
Există, de asemenea, o șansă ca imaginea pe care EHT o produce din Săgetătorul A va însemna că teoria Einstein a Relativității generale va trebui să fie actualizată. (Deși de obicei este o idee proastă să pariezi împotriva lui Einstein.)
Găurile negre și orizontul evenimentului
Gaurile negre sunt, practic, cadavrul unei stele. Când o stea foarte masivă arde prin tot combustibilul său, aceasta se prăbușește într-un punct extrem de dens sau singularitate. Gaura neagră are o atracție gravitațională extrem de puternică, care atrage gaze și praf spre ea. O dată la 10.000 de ani sau mai mult, Săgetătorul A chiar consumă o stea.
Orizontul evenimentului este ca o coajă în jurul găurii negre. Odată ce orice materie - sau chiar lumină - atinge orizontul evenimentului, acesta se termină. Gaura neagră crește ca mărime, pe măsură ce consumă materie, iar orizontul evenimentului se extinde și el.
Săgetătorul A, propriul nostru Gura Neagră Super-Masiv (SMBH), este masiv. Are o masă de 4 milioane de ori mai mare decât Soarele. Dar chiar și așa, nu este chiar atât de mare în comparație cu alte SMBH. Celălalt SMBH din proiectul EHT este mult mai mare, cu o masă de 7 miliarde de ori mai mare decât cea a Soarelui.
EHT va produce o imagine a orizontului evenimentului studiind zona din jurul găurii negre. Ceva se întâmplă cu materialul în timp ce cade în gaura neagră. Formează un disc de acreție de gaz turbin și praf care este practic într-un model de reținere până când este aspirat în gaură. Acest material se accelerează până la viteze relativiste, ceea ce înseamnă aproape de viteza luminii. Când se întâmplă acest lucru, materialul este supraîncălzit și emite energie.
Dar gaura neagră este atât de puternică gravitațională încât îndoaie acea lumină într-un fenomen numit lentila gravitațională. Acest obiectiv creează o regiune întunecată care se numește umbra găurii negre. Conform teoriei, orizontul evenimentului ar trebui să fie de aproximativ 2,5 ori mai mare decât umbra. Deci, odată ce oamenii de știință au o imagine a umbrei, ei știu dimensiunea orizontului evenimentului. Mărimea orizontului evenimentului este proporțională cu masa găurii negre. Deci, în cazul Săgetătorului A, acesta ar trebui să aibă aproximativ 24 de milioane de km (15 milioane de mile) în diametru.
Deci nu vor exista imagini cu gaura neagră în sine, dar vor exista imagini cu umbra pe care o găurește neagră. Științific, acesta este un salt mare în înțelegerea găurilor negre. Și dacă există vreo îndoială cu privire la existența găurilor negre, imaginea umbrei va oferi dovezi solide că găurile negre sunt într-adevăr acolo.
EHT și Jets
În ciuda mărimii masive a Săgetătorului A, este mic pe cer. Este mult prea mic pentru a vedea un singur telescop. Acesta este motivul pentru care EHT a fost implementat. Acesta combină 7 telescoape radio separate din întreaga lume într-un singur telescop virtual mare, folosind o tehnică numită Interferometrie de bază foarte lungă (VLBI), lucru cu care sunt cunoscute știrile astronomice. Telescopul virtual are o putere de rezolvare mult mai mare decât un singur domeniu de aplicare și le-a permis astronomilor să studieze zona de lângă Sgr. A.
Pe parcursul unei perioade de o săptămână din aprilie 2017, echipa EHT a indicat toate cele șapte „scopuri ale sale către Sgr A, iar șapte ceasuri atomice au înregistrat momentul sosirii semnalelor la fiecare telescop. Studiind și combinând semnalele, oamenii de știință pot crea o imagine a Sg. A. Acesta este un proces care consumă timp, care este în desfășurare.
Jeturile energetice care ies din vecinătatea unei găuri negre prezintă un interes deosebit pentru cercetători. Problema care se învârte în discul de acumulare a unei găuri negre se încălzește până la miliarde de grade. O parte din ea intră în gaura neagră, dar nu toate.
Jeturile energetice sunt partea care scapă de discul de acumulare. Ei călătoresc aproape de viteza luminii timp de zeci de mii de ani-lumină. Oamenii de știință vor să afle mai multe despre ei.
Când vine vorba de Sgr. A, nu știm dacă există jeturi. Nu a fost foarte activă în ultimele decenii, deci nu pot exista jeturi. Dar dacă sunt acolo, EHT va primi semnale radio acolo. Atunci putem primi răspunsuri la câteva întrebări fundamentale despre jeturi:
- Cum încep?
- Cum se accelerează până la viteze relativiste?
- Cum rămân ei strâns concentrați?
- Din ce sunt făcute exact?
Teoria lui Einstein despre relativitatea generală în probleme?
Probabil ca nu. Dar există o șansă.
Cea mai mare parte a Sistemului nostru Solar este un loc destul de prozaic, cu o muncă de lucru. Și de aici provin majoritatea dovezilor noastre observaționale care susțin Relativitatea Generală. Dar regiunea care înconjoară o gaură neagră nu este un cartier normal.
Condițiile sunt extreme. Gravitate intensă, jeturi supraîncălzite de material care se mișcă aproape de viteza luminii și orizontul evenimentului. În ceea ce privește relativitatea generală, este vorba mai ales de gravitate și lumină.
Relativitatea generală prevede că gravitatea găurii negre va curba timpul și va atrage totul spre ea, inclusiv lumina. Datele culese de EHT vor oferi măsurători ale acestui fenomen care pot fi comparate cu previziunile lui Einstein. Dacă datele se potrivesc cu predicțiile, Einstein câștigă din nou.
Relativitatea generală face o altă predicție: umbra aruncată de discul de acumulare ar trebui să fie circulară. Dacă nu este circulară și este mai mult ovoidală, atunci formulele din Relativitatea generală nu sunt complet corecte.
John Wardle este un astronom care studiază găurile negre de zeci de ani, când încă erau doar o construcție teoretică. El este foarte implicat în proiectul EHT. Wardle crede că General Relativity va fi în fața acestui test și că Einstein va câștiga din nou. Dar dacă Relativity General nu reușește acest test, ne vom găsi într-o situație foarte dificilă și ciudată.
„Atunci vom fi într-un sacou drept, deoarece nu puteți face modificări care să încurce toate celelalte biți care funcționează”, a spus Wardle. „Ar fi foarte interesant.”
- Comunicat de presă al Universității Brandeis: „Cum arată o gaură neagră?”
- Telescop Orizont Eveniment
- Intrare Wikipedia: Interferometrie
- Intrare Wikipedia: Orizont eveniment
