gov-civil-vilareal.ptНадникване надолу по скалата на безкрайността: Първото изображение на хоризонта на събитията на черна дупка
>За първи път в човешката история астрономите комбинират силата на телескопите от цялата ни планета, за да създадат изображение, което показва хоризонта на събитията на черна дупка.
пол уокър 2 бърза 2 яростна кола
Събраният масив се нарича телескопа Event Horizon , и в продължение на четири нощи през април 2017 г., се отбелязва свръхмасивната черна дупка в сърцето на M87 , елиптична галактика в куп Дева, на 55 милиона светлинни години от Земята.
Това, което видяха, е, че падат челюсти:
Първото изображение на хоризонта на събитията на свръхмасивна черна дупка. Това показва силуета на черна дупка с маса 6,5 милиарда пъти по -голяма от тази на Слънцето, разположена в ядрото на галактиката M87 на 55 милиона светлинни години от Земята. Кредит: NSF
Искам да бъда много внимателен тук, тъй като това изображение е малко по -сложно, отколкото просто пръстен от светлина с черната дупка в центъра, а физиката зад него е доста жестока.
За да стане ясно, всъщност не виждате самата черна дупка. Тази кръгла дупка в центъра на пръстена не е черната дупка, а наистина ефект от нейната гравитация. Нарича се сянката на черната дупка, но аз я мисля по -скоро като нейното прикриващо устройство: Гравитацията огъва светлината от материала около нея, изпраща я към нас, оставяйки празнина там, където е самата черна дупка. Може би най -добрият начин да го опишем е като силует от гравитацията на черната дупка.
Това видео трябва да ви даде информация за ефекта:
Това, което ви остава, е сферична област в пространството, където вътре в нея нищо не може да излезе. Повърхността на тази сфера, ако мислите по този начин, се нарича хоризонт на събитията (защото всяко събитие, което се случва вътре в него, е извън хоризонта ви и не може да се види). Но просто навън гравитацията е много силна, но не е невъзможно. Един фотон, частица светлина, преминаващ близо до тази граница, но все още извън нея, ще има значително огънат път, но мога бягство.
Размерът на хоризонта на събитията зависи от масата на черната дупка. Ако направите математиката - за първи път изчислена от Айнщайн в началото на 1900 -те години - ще откриете, че ако компресирате Слънцето до черна дупка, то ще бъде с диаметър 6 километра. Имайте предвид, че Слънцето е с диаметър 1,4 милиона км в момента! Така че трябва да направите обектите невероятно малки и плътни, за да станат черни дупки.
Сега мислим, че всяка голяма галактика във Вселената има супермасивна черна дупка в центъра си, с милиони или дори милиарди пъти масата на Слънцето. The млечен път има такъв, който е повече от 4 милиона пъти масата на Слънцето, например.
M87 е an елиптична галактика в сърцето на куп Дева, колекция от стотици галактики, разпръснати по небето между съзвездията Лъв и Дева. Това е огромна галактика, достатъчно ярка, за да се види само с бинокъл, въпреки че е на 55 милиона светлинни години от нас.
Това също е активна галактика : За разлика от свръхмасивната черна дупка в Млечния път, тази в центъра на M87 активно поглъща материята. Материалът, предимно газ и прах, попада в него и при това образува плосък диск, наречен акреционен диск, който започва точно извън хоризонта на събитията и се простира на много милиарди километри. Скоростта, с която се върти, зависи от разстоянието й от хоризонта на събитията; неща, които са много близо, се движат почти със скоростта на светлината, докато нещата по -далеч са по -бавни.
Основните компоненти на активна черна дупка, включително хоризонта на събитията, акреционния диск и струята. Кредит: ЧЕ
Тъй като материалът се трие заедно, той генерира триене, а това от своя страна генерира топлина. А много на топлина. Като много много. Представете си, че разтривате ръцете си със скоростта на светлината! Материалът в диска се нагрява до милиони градуси, а горещите неща светят силно, излъчвайки огромни количества светлина.
Това е материалът, който виждате в изображението на телескопа на Event Horizon*. Това осигурява фоново сияние около черната дупка. Но тежестта на черната дупка я изкривява, огъвайки пътя, по който преминава светлината. Светлина от материал отзад черната дупка се огъва наоколо това, за да можем да го видим! Колкото по -близо до черната дупка, толкова повече тя се огъва, докато, точно в очертанията на хоризонта на събитията, гледано от Земята, не може да се види повече светлина. Ето защо тази част изглежда тъмна.
Пътят на светлината около черна дупка се изкривява силно от гравитацията. На тази диаграма Земята е вдясно и светлината от материал зад черната дупка се огъва към нас, оставяйки дупка там, където е самата черна дупка. Кредит: Никол Р. Фулър/NSF
Но почакай! Има още!
Има ефект, наречен релативистичен лъч , причинени от невероятно бързото движение на материала, докато той обикаля точно извън черната дупка. Ако държите крушка пред себе си, светлината се разширява в сфера, във всички посоки, но ако тази крушка се движи близо до скоростта на светлината, светлината, която виждаме излъчвана от нея, изглежда е излъчена като фенерче , насочени в посоката, в която се движи. Този странен ефект означава, че обект, насочен към вас със скорост, близка до скоростта на светлината, изглежда по -ярка, защото повече от светлината му е фокусирана към вас, а нещо отдалечено изглежда по -тъмно, защото светлината му е фокусирана далеч от вас.
Сега погледнете отново изображението на телескопа на Event Horizon. Вижте как нещата в долната част на пръстена са по -ярки от нещата в горната част? Това се дължи на релативистичното излъчване! Материалът в долната част е насочен към нас и по -ярък от материала в горната част, който се насочва далеч от нас. Това ни казва в коя посока се върти акреционният диск. Самата черна дупка също се върти, в същия смисъл като диска, което също ни казва, че от наша гледна точка черната дупка се върти по часовниковата стрелка.
Няма да ви лъжа: Когато за пръв път погледнах това изображение и осъзнах какво виждам, косата на тила ми се изправи.
Осемте телескопа по цялата Земя, които включват телескопа Event Horizon. Кредит: Университет на Аризона / Дан Меррон
Технологията, която позволи на астрономите да създадат това изображение, е невероятна. Те използваха осем различни телескопа, разположени по целия свят - Аризона, Чили, Мексико, Испания, Хавай и Антарктида - за да наблюдават черната дупка на M87. Тези телескопи не виждат оптична светлина като очите ни, но вместо това са чувствителни към светлина в милиметровия диапазон на дължината на вълната, по -близо до радиовълните от оптичната светлина . Тези милиметрови вълни се движат със скоростта на светлината (защото са леки) и достигат до телескопите в малко по -различно време. Всеки телескоп внимателно наблюдава тези вълни и ако комбинирате тази информация, сякаш имате виртуален телескоп с размера на пространството между двете обсерватории.
Това се казва интерферометрия . Когато комбинирате вълните, наблюдавани на две места, те конструктивно и разрушително се намесват помежду си, създавайки ресни. Това е като когато се размахваш във вана; гребените на вълните понякога се събират и изплискват ваната, докато коритата се комбинират, за да понижат нивото на водата около вас. Тези комбинации от гребени и корита са периферията. В масив от интерферометричен телескоп информацията във всичко, което може да се обърне, работи назад, за да създаде изображение на изображението, изпращащо вълните към вас. Това е жестоко сложна работа и по -лесна при по -дълги дължини на вълните, поради което бяха използвани телескопи с милиметрови вълни (оптичната светлина има много, много по -къса дължина на вълната и затова оптичната интерферометрия е много по -трудна).
Когато всичко е комбинирано, телескопът на Event Horizon действа като едно ястие размера на нашата планета . Така той можеше да види всеки детайл в черната дупка M87. Въпреки че е огромен, 40 милиарда километра в диаметър, е на 55 милиона светлинни години от нас, така че от Земята е само на около четири милиардни с степен по размер!
Луната в небето е широка половин градус, така че това изображение на черна дупка е еквивалентно да види мрамор на Луната . Или по -точно, черен мрамор със светеща ластика около него.
Това е феноменално постижение, наистина нова ера в астрономията. Виждахме ефектите на черните дупки в продължение на десетилетия: Материал, който ги обикаля около орбита и се нагрява жестоко; лъчи материя и енергия се изстрелват от тях, тъй като нелепо силното магнитно поле в акреционния диск откъсва материала и го отхвърля с огромна скорост; и дори ефектите от свръхмасивната черна дупка на нашата собствена галактика върху звездите около нея, наблюдаващи в реално време как те обикалят около нея с висока скорост.
И ние се задълбочихме във физиката на черните дупки благодарение на уравненията, разработени от блестящи умове в продължение на много десетилетия, научавайки как те изкривяват пространството и времето, какво се случва в близост до хоризонта на събитията, какво се случва извън него, а понякога дори разработваме какво се случва вътре.
Но това е първият път, когато виждаме хоризонта на събитията на черна дупка. И оттук нататък ще се подобри; ще бъдат добавени още телескопи, за да се получи по -добра разделителна способност, различните дължини на вълните ще изтръгнат повече информация от това, което виждаме, и, още по -хладни, повече черни дупки - включително нашата в центъра на Млечния път - ще бъдат подложени на наблюдение по този начин .
Черните дупки са тъмни, но бъдещето им е много светло.
* Забележка: Телескопът Event Horizon също е разглеждал черната дупка в центъра на нашата галактика, но е много по -трудно да се създаде образ за нея поради това колко променлива е тя, променяйки яркостта си в мащаб от часове и дни. Черната дупка M87 е по -стабилна, така че е по -лесна за изображение. По странност на геометрията, тя е около 1600 пъти по -голяма от нашата черна дупка, но около 2000 пъти по -далеч, така че изглежда приблизително със същия размер като нашата от Земята.
