Τον Απρίλιο του 2019, η ιστορία συνεργασίας του Event Horizon Telescope έκανε ιστορία όταν κυκλοφόρησε την πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας που τραβήχτηκε ποτέ. Αυτό το επίτευγμα ήταν δεκαετίες στη δημιουργία και πυροδότησε ένα διεθνές τσίρκο. Η εικόνα ήταν το αποτέλεσμα μιας τεχνικής γνωστής ως ιντερφερομετρίας, όπου τα παρατηρητήρια σε όλο τον κόσμο συνδύασαν φως από τα τηλεσκόπια τους για να δημιουργήσουν μια σύνθετη εικόνα.
Αυτή η εικόνα έδειξε αυτό που οι αστροφυσικοί έχουν προβλέψει για μεγάλο χρονικό διάστημα, ότι η ακραία βαρυτική κάμψη προκαλεί την πτώση των φωτονίων γύρω από τον ορίζοντα του συμβάντος, συμβάλλοντας στους φωτεινούς δακτυλίους που τους περιβάλλουν. Την περασμένη εβδομάδα, στις 18 Μαρτίου, μια ομάδα ερευνητών από το Κέντρο Αστροφυσικής του Χάρβαρντ-Σμιθσόνια (CfA) ανακοίνωσε νέα έρευνα που δείχνει πώς οι εικόνες των μαύρων οπών θα μπορούσαν να αποκαλύψουν μια περίπλοκη υποδομή μέσα σε αυτές.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, με τίτλο «Καθολικές ενδομετρικές υπογραφές ενός δακτυλίου φωτονίου μιας μαύρης τρύπας», εμφανίστηκε πρόσφατα στο περιοδικό Επιστήμη προχωρά. Η ομάδα διευθύνεται από τον Μάικλ Τζόνσον, έναν αστροφυσικό με το CfA, και προκάλεσε μέλη από το Harvard’s Black Hole Initiative (BHI), το Los Alamos National Laboratory, το Princeton Center for Theoretical Science και πολλά πανεπιστήμια.
Όπως εξήγησε ο Τζόνσον σε ένα πρόσφατο δελτίο τύπου της CfA:
«Η εικόνα μιας μαύρης τρύπας περιέχει πραγματικά μια ένθετη σειρά δαχτυλιδιών. Κάθε διαδοχικός δακτύλιος έχει περίπου την ίδια διάμετρο αλλά γίνεται όλο και πιο έντονος επειδή το φως του περιστρέφεται περισσότερο από τη μαύρη τρύπα πριν φτάσει στον παρατηρητή. Με την τρέχουσα εικόνα EHT, έχουμε δει μια πλήρη ματιά στην πλήρη πολυπλοκότητα που πρέπει να εμφανιστεί στην εικόνα οποιασδήποτε μαύρης τρύπας. "
Όπως μας λέει ο νόμος της Γενικής Σχετικότητας, τα βαρυτικά πεδία αλλάζουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Στην περίπτωση μιας μαύρης τρύπας, το αποτέλεσμα είναι ακραίο και προκαλεί ομοιόμορφο φως (φωτόνια) γύρω από αυτά. Αυτά τα φωτόνια ρίχνουν μια σκιά στον φωτεινό δακτύλιο εισαγωγής αερίου και σκόνης που επιταχύνεται σε σχετικιστικές ταχύτητες από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.
Γύρω από αυτήν τη σκιασμένη περιοχή υπάρχει ένας «δακτύλιος φωτονίων» που παράγεται από φωτόνια που συγκεντρώνονται από την ισχυρή βαρύτητα κοντά στη μαύρη τρύπα. Αυτός ο δακτύλιος μπορεί να πει στους αστρονόμους πολλά για μια μαύρη τρύπα, καθώς το μέγεθος και το σχήμα του αποκαλύπτουν τη μάζα και την περιστροφή (γνωστή και ως «περιστροφή») της μαύρης τρύπας. Λόγω των εικόνων EHT, οι ερευνητές της μαύρης τρύπας έχουν πλέον ένα εργαλείο για να μελετήσουν τις μαύρες τρύπες.
Από τη δεκαετία του 1950, οι αστρονόμοι έχουν μάθει πολλά για αυτούς μελετώντας την επίδραση που έχουν στο περιβάλλον τους. Με άλλα λόγια, η μελέτη των μαύρων οπών ήταν έμμεσης και θεωρητικής φύσης. Αλλά με τη δυνατότητα λήψης εικόνων αυτών των ουράνιων αντικειμένων, οι αστρονόμοι μπορούν τελικά να τα μελετήσουν άμεσα και να συλλέξουν πραγματικά δεδομένα.
Ο Τζορτζ Γουόνγκ, μεταπτυχιακός φοιτητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Ιλινόις στο Urbana-Champaign, ήταν υπεύθυνος για την ανάπτυξη λογισμικού για την παραγωγή προσομοιωμένων εικόνων μαύρων οπών. Αυτό το λογισμικό επέτρεπε τον υπολογισμό των εικόνων με την υψηλότερη ανάλυση μέχρι σήμερα και επέτρεψε στην ομάδα τους να τις αποσυνθέσει στην προβλεπόμενη σειρά υπο-εικόνων. Όπως ανέφερε ο Wong:
«Η συγκέντρωση εμπειρογνωμόνων από διαφορετικά πεδία μας επέτρεψε να συνδέσουμε πραγματικά μια θεωρητική κατανόηση του δακτυλίου του φωτονίου με αυτό που είναι δυνατό με την παρατήρηση. Αυτό που ξεκίνησε ως κλασικοί υπολογισμοί μολυβιού και χαρτιού μας ώθησε να προωθήσουμε τις προσομοιώσεις μας σε νέα όρια. "
Αυτό που ήταν ιδιαίτερα εκπληκτικό για τους ερευνητές, ωστόσο, ήταν το πώς η υποδομή που αποκαλύφθηκε από την εικόνα της μαύρης τρύπας δημιουργεί νέες ευκαιρίες για έρευνα. Ενώ οι υποτιτλισμοί που αποκάλυψαν είναι συνήθως αόρατες με γυμνό μάτι σε εικόνες, παράγουν πολύ καθαρά σήματα όταν παρατηρούνται από συστοιχίες τηλεσκοπίων με χρήση ιντερφερομετρίας.
Αυτό παρουσιάζει στους αστρονόμους έναν σχετικά εύκολο τρόπο να επεκταθεί στο έργο που διεξήγαγε η συνεργασία EHT μέχρι στιγμής. «Ενώ η λήψη εικόνων με μαύρες τρύπες συνήθως απαιτεί πολλά κατανεμημένα τηλεσκόπια, τα υποστρώματα είναι ιδανικά για μελέτη χρησιμοποιώντας μόνο δύο τηλεσκόπια που είναι πολύ μακριά», δήλωσε ο Τζόνσον. "Η προσθήκη ενός διαστημικού τηλεσκοπίου στο EHT θα ήταν αρκετή."
Τα πεδία της αστρονομίας και της αστροφυσικής έχουν βιώσει πολλές επαναστάσεις τα τελευταία χρόνια. Μεταξύ των πρώτων παρατηρήσεων των διαστρικών αντικειμένων, της επιβεβαίωσης των βαρυτικών κυμάτων και των πρώτων άμεσων παρατηρήσεων μιας μαύρης τρύπας. Αυτά τα πρώτα έχουν επιτρέψει την έρευνα που υπόσχεται να ξεκλειδώσει μια σειρά από μόνιμα μυστήρια σχετικά με τον Κόσμο.
Η έρευνα της ομάδας κατέστη δυνατή εν μέρει με επιχορηγήσεις που εκδόθηκαν από τη NASA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF), το Υπουργείο Ενέργειας (DoE) και πολλά επιστημονικά και ερευνητικά ιδρύματα.
