Ένα διεθνές δίκτυο ραδιοτηλεσκοπίων έδωσε την πρώτη σχεδόν κοντινή εικόνα της σκιάς μαύρης τρύπας, την οποία οι επιστήμονες αποκάλυψαν σήμερα το πρωί (10 Απριλίου). Η συνεργασία, που ονομάζεται Τηλεσκόπιο Event Horizon, επιβεβαίωσε δεκαετίες προβλέψεων για το πώς το φως θα συμπεριφερόταν γύρω από αυτά τα σκοτεινά αντικείμενα και έθεσε το σκηνικό για μια νέα εποχή αστρονομίας μαύρης τρύπας.
"Από μια κλίμακα μηδενική έως καταπληκτική, ήταν καταπληκτική", δήλωσε ο Erin Bonning, ένας αστροφυσικός και ερευνητής μαύρης τρύπας στο Πανεπιστήμιο Emory που δεν συμμετείχε στην απεικόνιση.
"Αυτό είπε, ήταν αυτό που περίμενα", είπε στην Live Science.
Η ανακοίνωση, πειρασμένη για περίπου μια εβδομάδα και ένα μισό εκ των προτέρων, κατάφερε να είναι τόσο απίστευτα συναρπαστική και σχεδόν εντελώς απαλλαγμένη από εκπληκτικά στοιχεία ή νέα φυσική. Η φυσική δεν καταρρέει. Δεν αποκαλύφθηκαν μη αναμενόμενα χαρακτηριστικά μαύρων οπών. Η ίδια η εικόνα ήταν σχεδόν τέλεια αντιστοιχία για απεικονίσεις μαύρων τρυπών που συνηθίζαμε να βλέπουμε στην επιστήμη και την ποπ κουλτούρα. Η μεγάλη διαφορά είναι ότι είναι πολύ πιο θολό.
Υπήρχαν αρκετά σημαντικά ερωτήματα σχετικά με τις μαύρες τρύπες που παρέμειναν ανεπίλυτες, ωστόσο, είπε ο Bonning.
Πώς οι μαύρες τρύπες παράγουν τα τεράστια τζετ τους με ζεστό, γρήγορο περιεχόμενο;
Όλες οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες έχουν τη δυνατότητα να μασώνουν τις κοντινές ουσίες, να απορροφούν το μεγαλύτερο μέρος τους από τους ορίζοντες των γεγονότων τους και να φτύσουν το υπόλοιπο στο διάστημα με την ταχύτητα του φωτός κοντά στους πύργους που αστροφυσικοί αποκαλούν «σχετικιστικοί πίδακες».
Και η μαύρη τρύπα στο κέντρο της Παρθένος Α (που ονομάζεται επίσης Messier 87) είναι διαβόητη για τα εντυπωσιακά αεριωθούμενα αεροπλάνα, που εκπέμπουν ύλη και ακτινοβολία σε όλο το διάστημα. Τα σχετικιστικά αεριωθούμενα αεροσκάφη είναι τόσο τεράστια ώστε μπορούν να ξεφύγουν από τον περιβάλλοντα γαλαξία.
Και οι φυσικοί γνωρίζουν τα ευρεία εγκεφαλικά επεισόδια για το πώς συμβαίνει αυτό: Το υλικό επιταχύνεται σε εξαιρετικές ταχύτητες, καθώς πέφτει καλά στη βαρύτητα της μαύρης τρύπας, έπειτα μερικά από αυτά διαφεύγουν ενώ διατηρούν αυτή την αδράνεια. Αλλά οι επιστήμονες διαφωνούν για τις λεπτομέρειες του πώς συμβαίνει αυτό. Αυτή η εικόνα και τα σχετικά χαρτιά δεν παρέχουν ακόμη λεπτομέρειες.
Αναφορικά με αυτό, ο Μπόνινγκντ είπε ότι θα πρέπει να συνδεθούν οι παρατηρήσεις του παρατηρητηρίου οριζόντιων γεγονότων - οι οποίες καλύπτουν ένα αρκετά μικρό χώρο - με τις πολύ μεγαλύτερες εικόνες σχετικιστικών πίδακες.
Ενώ οι φυσικοί δεν έχουν ακόμα απαντήσεις, είπε ότι υπάρχει μια καλή πιθανότητα να έρθουν σύντομα - ειδικά όταν η συνεργασία παράγει εικόνες του δεύτερου στόχου της: η υπερμεγέθη μαύρη τρύπα Τοξότης Α * στο κέντρο του δικού μας γαλαξία, δεν παράγει αεριωθούμενα αεροπλάνα όπως ο Παρθένος Α. Συγκρίνοντας τις δύο εικόνες, είπε, θα μπορούσε να προσφέρει κάποια σαφήνεια.
Πώς η γενική σχετικότητα και η κβαντομηχανική ταιριάζουν μεταξύ τους;
Όποτε οι φυσικοί συγκεντρώνονται για να μιλήσουν για μια πραγματικά συναρπαστική νέα ανακάλυψη, μπορείτε να περιμένετε να ακούσετε κάποιον να προτείνει ότι θα μπορούσε να βοηθήσει στην εξήγηση της "κβαντικής βαρύτητας".
Αυτό συμβαίνει επειδή η κβαντική βαρύτητα είναι το μεγάλο άγνωστο στη φυσική. Για περίπου έναν αιώνα, οι φυσικοί έχουν δουλέψει χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικά σύνολα κανόνων: Γενική σχετικότητα, η οποία καλύπτει πολύ μεγάλα πράγματα όπως η βαρύτητα και η κβαντική μηχανική που καλύπτει πολύ μικρά πράγματα. Το πρόβλημα είναι ότι αυτά τα δύο βιβλία κανόνων αντιφάσκουν άμεσα μεταξύ τους. Η κβαντομηχανική δεν μπορεί να εξηγήσει τη βαρύτητα και η σχετικότητα δεν μπορεί να εξηγήσει την κβαντική συμπεριφορά.
Κάποια μέρα, οι φυσικοί ελπίζουν να συνδέσουν τα δύο μαζί σε μια μεγάλη ενοποιημένη θεωρία, πιθανόν με κάποια κβαντική βαρύτητα.
Και πριν από την ανακοίνωση σήμερα, υπήρξαν εικασίες ότι μπορεί να περιλαμβάνει κάποια σημαντική ανακάλυψη για το θέμα. (Αν οι προβλέψεις γενικής σχετικότητας δεν είχαν βρεθεί στην εικόνα, αυτό θα είχε μετακινήσει την μπάλα προς τα εμπρός.) Κατά τη διάρκεια ειδησεογραφίας από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, Avery Broderick, φυσικός στο Πανεπιστήμιο του Waterloo στον Καναδά και συνεργάτης σχετικά με το έργο, πρότεινε ότι αυτές οι απαντήσεις μπορεί να έρχονται.
Αλλά η Bonning ήταν σκεπτικισμένη σε αυτό το αίτημα. Αυτή η εικόνα δεν ήταν εντελώς έκπληξη από μια γενική προοπτική σχετικότητας, οπότε δεν προσέφερε καμία νέα φυσική που θα μπορούσε να κλείσει το χάσμα μεταξύ των δύο πεδίων, είπε ο Bonning.
Ακόμα, δεν είναι τρελό ότι οι άνθρωποι ελπίζουν για απαντήσεις από αυτό το είδος παρατήρησης, είπε, επειδή η άκρη της σκιάς μιας μαύρης τρύπας φέρνει σχετικιστικές δυνάμεις σε μικροσκοπικά, κβαντικά μεγέθη.
"Θα περίμενε κανείς να δούμε την κβαντική βαρύτητα πολύ, πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων ή πολύ, πολύ νωρίς στο πρώιμο σύμπαν», είπε.
Αλλά με την ακόμα θολή λύση του Telescope Horizons Event, είπε, δεν είναι πιθανό να βρούμε αυτά τα αποτελέσματα, ακόμη και με τις προγραμματισμένες αναβαθμίσεις που εισερχόμαστε.
Οι θεωρίες του Stephen Hawking ήταν τόσο σωστές όσο του Αϊνστάιν;
Η μεγαλύτερη συνεισφορά του φυσικού Stephen Hawking στη φυσική ήταν η ιδέα της "ακτινοβολίας Hawking" - ότι οι μαύρες τρύπες δεν είναι στην πραγματικότητα μαύρες, αλλά εκπέμπουν μικρές ποσότητες ακτινοβολίας με την πάροδο του χρόνου. Το αποτέλεσμα ήταν εξαιρετικά σημαντικό, διότι έδειξε ότι μόλις μια μαύρη τρύπα σταματήσει να αναπτύσσεται, θα αρχίσει πολύ αργά να συρρικνώνεται από την απώλεια ενέργειας.
Όμως, το Τηλεσκόπιο Ορίζοντος Γεγονότων δεν επιβεβαίωσε ή αρνήθηκε αυτή τη θεωρία, είπε ο Bonning, όχι ότι κανείς το περίμενε.
Οι γιγάντιες μαύρες τρύπες, όπως αυτή της Παρθένου Α, έδωσαν μόνο ελάχιστες ποσότητες ακτινοβολίας Hawking σε σύγκριση με το συνολικό τους μέγεθος. Ενώ τα πιο προηγμένα όργανα μας μπορούν τώρα να ανιχνεύσουν τα λαμπερά φώτα των ορίζοντά τους, υπάρχουν ελάχιστες πιθανότητες να πειράξουν ποτέ την εξαιρετικά αχνή λάμψη της επιφάνειας μιας υπερμεγέθης μαύρης τρύπας.
Αυτά τα αποτελέσματα, όπως είπε, πιθανόν να προέρχονται από τις πιο μικρές μαύρες τρύπες - θεωρητικά, βραχύβια αντικείμενα τόσο μικρά ώστε να μπορείτε να περικλείσετε ολόκληρο τον ορίζοντα γεγονότων στο χέρι σας. Με την ευκαιρία για προσεγμένες παρατηρήσεις και πολύ περισσότερη ακτινοβολία σε σύγκριση με το συνολικό τους μέγεθος, οι άνθρωποι θα μπορούσαν ενδεχομένως να καταλάβουν πώς να παράγουν ή να βρίσκουν ένα και να ανιχνεύουν την ακτινοβολία του.
Τι μάθαμε λοιπόν από αυτήν την εικόνα;
Πρώτον, οι φυσικοί έμαθαν ότι ο Αϊνστάιν είχε δίκιο για άλλη μια φορά. Η άκρη της σκιάς, όσο μπορεί να δει το Τηλεσκόπιο Ορίζοντος Γεγονότων, είναι ένας τέλειος κύκλος, όπως ακριβώς προέβλεπαν οι φυσικοί του 20ου αιώνα που εργάζονται με τις εξισώσεις του Αϊνστάιν γενικής σχετικότητας.
«Δεν νομίζω ότι κάποιος θα πρέπει να εκπλαγεί όταν περνάει ακόμα μια δοκιμή γενικής σχετικότητας», είπε ο Bonning. «Αν είχαν περπατήσει στη σκηνή και είπαν ότι η γενική σχετικότητα είχε σπάσει, θα έπεφνα από την καρέκλα μου».
Το αποτέλεσμα με πιο άμεσες, πρακτικές συνέπειες, είπε, ήταν ότι η εικόνα επέτρεψε στους επιστήμονες να μετρήσουν με ακρίβεια τη μάζα αυτής της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας, η οποία κάθεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά στην καρδιά του γαλαξία της Παρθένος Α. Είναι 6,5 δισεκατομμύρια φορές πιο μαζική από τον ήλιο μας.
Αυτό είναι μια μεγάλη υπόθεση, είπε η Bonning, επειδή θα μπορούσε να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο οι φυσικοί ζυγίζουν τις υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες στις καρδιές άλλων, πιο μακρινών ή μικρότερων γαλαξιών.
Αυτή τη στιγμή, οι φυσικοί έχουν μια πολύ ακριβή μέτρηση της μάζας της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στην καρδιά του Γαλαξία, όπως είπε ο Bonning, επειδή μπορούν να παρακολουθήσουν πώς η βαρύτητά του μετακινεί μεμονωμένα αστέρια στη γειτονιά του.
Αλλά σε άλλους γαλαξίες, τα τηλεσκόπια μας δεν μπορούν να δουν τις κινήσεις των μεμονωμένων αστεριών, είπε. Έτσι, οι φυσικοί έχουν κολλήσει με πιο σκληρές μετρήσεις: Πώς η μάζα της μαύρης τρύπας επηρεάζει το φως που προέρχεται από διαφορετικά στρώματα αστέγων στον γαλαξία ή πώς η μάζα της επηρεάζει το φως που προέρχεται από διαφορετικά στρώματα ελεύθερου-επιπλέουσου αερίου στον γαλαξία.
Αλλά αυτοί οι υπολογισμοί είναι ατελείς, είπε.
"Πρέπει να διαμορφώσετε ένα πολύ περίπλοκο σύστημα", είπε.
Και οι δύο μέθοδοι καταλήγουν να παράγουν κάπως διαφορετικά αποτελέσματα σε κάθε φυσικό γαλαξία που παρατηρούν. Αλλά τουλάχιστον για τη μαύρη τρύπα στην Παρθένο Α, γνωρίζουμε τώρα ότι μία μέθοδος είναι σωστή.
"Η αποφασιστικότητα μας για 6,5 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες καταλήγει στην προσγείωση ακριβώς πάνω από τον βαρύτερο μαζικό προσδιορισμό από", δήλωσε η Sera Markoff, αστροφυσικός του Πανεπιστημίου του Άμστερνταμ και ένας συνεργάτης του σχεδίου στο ενημερωτικό δελτίο.
Αυτό δεν σημαίνει ότι οι φυσικοί θα μετακινούνται χονδρικά σε αυτήν την προσέγγιση για τη μέτρηση μαζών μαύρης τρύπας, είπε ο Bonning. Παρέχει όμως ένα σημαντικό σημείο δεδομένων για τη βελτίωση των μελλοντικών υπολογισμών.
