Superhmotná čierna diera M87, ktorá bola zobrazená prvýkrát, je šesť miliárd krát hmotnejšia ako naše slnko. Obrázkový kredit - EHT Collaboration

Na obrázku: „Teraz vieme, ako vyzerá čierna diera“

Výskumníci s čiernymi dierami o tom, čo pre nich obraz znamená.

od Jonathana O'Callaghana

Prvý obraz horizontu udalostí - gravitačné hranice čiernej diery, za ktorou nemôže svetlo uniknúť - bol odhalený 10. apríla a je najlepším dôkazom toho, že tieto javy skutočne existujú. Bol to výsledok globálnej spolupráce stoviek vedcov, ktorí pomocou viacerých ďalekohľadov na celom svete zachytili vysokofrekvenčné rádiové vlny emitované látkou vtiahnutou do horizontu udalostí.

Hovorili sme s Dr. Heino Falcke, Dr. Lucianom Rezzollou a Dr. Michaelom Kramerom, výskumníkmi európskeho projektu BlackHoleCam - ktorý bol súčasťou globálnej spolupráce Horizon Telescope (EHT) - o tom, čo pre nich znamená obraz, pre čierne diery a pre Einsteinova teória relativity.

Heino Falcke, Radboud University Nijmegen, Holandsko

„Toto je dokonalá hrana priestoru a času“.

Dr Falcke hovorí, že výsledok otvára desaťročie štúdia čiernych dier, ako nikdy predtým. Obrázkový kredit - Dirk Vos

Musím povedať, že to bola emocionálna cesta. Začalo to vtedy, keď som bol doktorandom a zistil som, že pri určitých rádiových frekvenciách budete mať žiarenie prichádzajúce z blízkosti horizontu udalosti (čiernej diery). To bolo začiatkom 90. rokov. Publikovali sme príspevok, ktorý hovorí, že existuje tieň čiernej diery, ktorú môžete vidieť pri použití súčasnej technológie, tejto veľmi dlhej základnej línie (VLBI) technológie, ktorú momentálne používame. Bolo to okolo roku 2000. Vlastne som odvážne povedal, že za 10 rokov to dokážeme a teraz nám to trvalo 19 rokov. Takže som bol preč dva krát! Ale urobili sme to.

Videl som veľa krásnych obrázkov o tom, ako by mala vyzerať čierna diera. Väčšina z nich vyzerá lepšie ako skutočný obrázok, ale ten prvý obrázok to vidíte a myslíte si: „Páni, naozaj to vyzerá.“ Bol to taký takmer emocionálny moment.

Som laik. Som vysvätený v protestantskej cirkvi, poskytujem služby, ale nie som profesionál. Hovorím s ľuďmi o vede a náboženstve a so mnou sú to prirodzené veci, ktoré spolu súvisia. To vlastne pomohlo s vedou. Ako dieťa som premýšľal o tom, čo je za vesmírom, čo za nebom, čo je na začiatku? Čo je pred Veľkým treskom?

(V tomto experimente) bolo všetko takmer dokonalé. Osobne som nečakal, že k takémuto výsledku dôjde tak skoro. Bola som pútavaná päť rokov krvi, potu a sĺz. Boli to dva roky krvi, potu a sĺz, ale boli to intenzívne roky. Fungovalo to (pozorovanie čiernej diery) takmer od prvého dňa (v apríli 2017), ale zníženie a analýza údajov trvalo ďalší rok. V lete 2018 sme urobili prvé obrázky a potom sme v apríli 2019 publikovali.

Myslím si, že by to mohol byť začiatok novej vzrušujúcej éry. Prvýkrát vidíme horizont udalostí a môžeme tiež študovať relativitu a všeobecnú relativitu v mierke, ktorá predtým nebola možná. Toto desaťročie je skutočne desaťročím štúdia čiernych dier ako nikdy predtým. Vždy sme vedeli, že by tam mali byť, boli to teoretické pojmy. Toto je dokonalá hrana priestoru a času.

Všetko, čo vidíme, dokonale zapadá do predikcie relativity. (Stephen) Hawking by pravdepodobne mal rovnakú reakciu ako ja, keby som o týchto veciach uvažoval teoreticky. Bol by to absolútne emotívny moment, ale zomrel príliš skoro na to, aby to videl. Einstein sa vlastne musel potýkať s pojmom horizontu udalostí a myslieť si, že je to skutočne vo vesmíre skutočná vec, bolo by to pre neho úplne ohromujúce.

Luciano Rezzolla z Goetheho univerzity vo Frankfurte v Nemecku

„Tento projekt je dôkazom schopnosti ľudí spolupracovať.“

Rezzolla hovorí, že k zachyteniu snímky by mohlo dôjsť iba pomocou viacerých rádiových ďalekohľadov na rôznych miestach na Zemi. Obrazový kredit - J. Lecher, Goethe University

Teleskopy, ktoré sme použili, sú rádioteleskopy, ktoré zhromažďujú rádiové vlny. Čierna diera je, nanešťastie, veľmi malá a čierne diery, na ktoré sa pozeráme, sú od nás veľmi vzdialené, buď v strede našej galaxie alebo v strede blízkej galaxie. To, čo chcete, je schopnosť vidieť obrázky z úplného stredu týchto objektov a na to potrebujete vysoké rozlíšenie.

Ani najväčšie ďalekohľady, ktoré máme na Zemi, by nestačili. Uznesenie, ktoré potrebujeme, by vám umožnilo vidieť oranžovú farbu na povrchu mesiaca. Ak teda nemôžete postaviť ďalekohľad väčší ako niekoľko stoviek metrov, možno by ste mohli zostaviť dva ďalekohľady, ktoré sú od seba vzdialené a predstaviť si, že sú spolu jediným ďalekohľadom?

Toto sa nazýva rádiofrekvencia a technika, ktorú sme použili, sa nazýva veľmi dlhá základná interferometria (VLBI). Zámerom je vziať dva ďalekohľady a umiestniť ich čo najďalej od seba, napríklad jeden na južnom póle a jeden vo Francúzsku, a uistiť sa, že pozorujú ten istý zdroj v rovnakom čase.

Lepšie ako to môžete urobiť, ak máte viac ako dva ďalekohľady. Pozerali sme s ôsmimi súčasne, takže ako sa Zem otáča, sú tri alebo štyri, ktoré vždy smerujú k správnemu zdroju. A potom musíte dať (údaje) dohromady. Môže sa to zdať triviálnym krokom, ale stojí to veľa času. Tieto údaje nemôžete prenášať iba prostredníctvom internetu (pretože ich je toľko), takže musíte údaje skutočne uložiť na pevné disky a odoslať ich na rôzne kontinenty.

Vytvorili sme obraz, ktorý je podľa nás v súlade s tým, čo by sme očakávali od zakrivenej čiernej diery vo všeobecnej relativite. To je teória, ktorú Einstein formuloval a ktorá poskytuje veľmi jednoduché informácie o tomto type javu. Zdrojom je M87, galaxia, ktorá je nám blízka. Je asi 1 000-krát väčšia ako čierna diera v strede našej galaxie.

Som vášnivým námorníkom a asi pred rokom okolo tohto času som plával z Atlantiku z východu na západ. A pre mňa bola veľmi príjemná príležitosť pozerať sa na oblohu v nekontaminovanom svetle, tak nekontaminované, ako sa dostane. Skutočne sa cítite veľmi malí a aké šťastie máme na tejto planéte.

Tento projekt je dôkazom schopnosti ľudí spolupracovať. Ľudia majú najrôznejšie náročné aspekty, ale je pekné vidieť, že vášeň pre vedu a vedomosti môže prelomiť všetky tieto krátkozraké a sebakoncentrované názory a môže tlačiť a motivovať stovky ľudí, aby spolupracovali na dosiahnutí výsledku, ktorý je väčší ako každý z nás.

Náš názor bol taký, že financovanie by nám umožnilo nasnímať prvý obrázok čiernej diery a tento obrázok by sa použil v každej učebnici. Dúfam, že sa to stane. Teraz vieme, ako vyzerá čierna diera.

Michael Kramer, Inštitút Maxa Plancka pre Rádio astronómiu, Nemecko

„Knihy histórie sa rozdelia na čas pred obrázkom a po ňom.“ “

Dr. Kramer hovorí, že tento obrázok je naším najlepším dôkazom, že čierne diery skutočne existujú. Obrázkový kredit - NARIT

Čierne diery mali pestrú históriu. Boli navrhnuté ako dôsledok všeobecnej relativity, ale koncept čiernych dier je omnoho starší a siaha až do 18. storočia. Aj keď riešenie existovalo, vyskytli sa teoretické problémy s porozumením časopriestoru blízko horizontu udalostí. Až do šesťdesiatych rokov minulého storočia neexistoval v zásade žiadny observačný dôkaz pre čierne diery.

Potom, keď sa objavili kvázary (prehriaty materiál víriaci okolo čiernej diery) a tiež röntgenové binárne súbory (neutrónová hviezda alebo čierna diera sania materiálu z hviezdy), zrazu sa stali potrebné čierne diery (na ich vysvetlenie). Potrebovali sme veľmi energický spôsob premeny energie na žiarenie, ktorá je taká silná, že ju stále môžeme vidieť vo veľmi veľkých vzdialenostiach.

Naše ďalšie najlepšie dôkazy pochádzajú z pozorovaní tzv. S-hviezd obiehajúcich okolo obrovského objektu v strede našej galaxie. Tento objekt nebol videný, ale môžete vypočítať hmotnosť, v tomto prípade asi 4 milióny slnečných hmôt. A ukázalo sa, že najlepším dôkazom sa zdá byť supermasívna čierna diera.

Potom samozrejme prišlo LIGO (Gravitačné vlnové observatórium s laserovým interferónom) (ktoré detegovalo zlúčenie čiernych dier gravitačnými vlnami), a toto bol zďaleka najlepší dôkaz, ktorý sme doteraz mali o existencii čiernych dier. Myšlienka Event Horizon Telescope je teda tá, že prvýkrát vidíme tieň (čiernej diery). Existujú niektoré jedinečné funkcie, ktoré vytvorí iba horizont udalostí, napríklad jasný kruh fotónov zachytených skôr, ako sa dostanú do horizontu udalostí. A to je to, čo vidíme.

Kvalita údajov nie je ako to, čo sme videli vo filmoch, ako je medzihviezdna, ale všetky funkcie sú k dispozícii. Obrázok zobrazuje všetky funkcie, ktoré by ste očakávali od čiernej diery a horizontu udalostí. Vidíte fotónový prsteň, vidíte jasný prsteň okolo čiernej diery a uprostred tieňa.

Jedná sa o superhmotnú čiernu dieru a je to šesť miliárd slnečných hmôt, takže získate (priemer) miliárd kilometrov. Ale pretože je taká široká, môžeme to vidieť v tejto relatívne veľkej vzdialenosti 53 miliónov svetelných rokov. Zatiaľ sme sústredili svoje úsilie na M87 a hneď ako to skončí, sústredíme svoju pozornosť na Strelca A * (supermasívnu čiernu dieru v strede Mliečnej dráhy).

Myslím si, že sme všetci boli presvedčení, že uspejeme. Technologicky to posúva hranice, ale nie je to niečo, o čom by sme mali pochybnosti, že uspejeme. Napriek tomu vás nič nepripravuje na okamih, keď ho skutočne prvýkrát uvidíte. Je to ohromujúce.

Knihy histórie sa rozdelia na čas pred obrázkom a po ňom. Je to prvýkrát, čo to bolo možné, a to sa už dlho deje. Konečne sme uspeli a odtiaľto to bude možné len vylepšiť.

Ako povedal Jonathan O'Callaghan

Výskum v tomto článku financovala Európska rada pre výskum EÚ. Ak sa vám tento článok páčil, zvážte jeho zdieľanie na sociálnych sieťach.

Superhmotná čierna diera M87, ktorá bola zobrazená prvýkrát, je šesť miliárd krát hmotnejšia ako naše slnko. Obrázkový kredit - EHT Collaboration

Pozri tiež

  • Astronómovia odhaľujú vôbec prvú podobu čiernej diery
  • Gravitačné vlny, ktoré pomáhajú odhaľovať čierne diery, tmavú hmotu a teoretické častice

Viac informácií

BlackHoleCam

Pôvodne uverejnené na horizon-magazine.eu.