Το μεγαλύτερο αντικείμενο στον νυχτερινό μας ουρανό - μακράν! - είναι αόρατο για εμάς. Το αντικείμενο είναι η Super-Massive Black Hole (SMBH) στο κέντρο του γαλαξία μας, που ονομάζεται Τοξότης Α. Αλλά σύντομα ενδέχεται να έχουμε μια εικόνα του ορίζοντα γεγονότων του Τοξότη. Και αυτή η εικόνα μπορεί να αποτελέσει πρόκληση για τη θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Κανείς δεν έχει δει ποτέ τον ορίζοντα της μαύρης τρύπας. Η έντονη βαρυτική έλξη αποτρέπει οτιδήποτε, ακόμη και φως, να διαφύγει. Ο ορίζοντας του γεγονότος είναι το σημείο χωρίς επιστροφή. Δεν έχει σημασία, κανένα φως και καμία πληροφορία δεν μπορεί να ξεφύγει. Ωστόσο, ενδέχεται να πλησιάζουμε στην εικόνα του ορίζοντα του Τοξότη Α, χάρη στο τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT).
Το EHT είναι μια διεθνής συνεργασία που έχει σχεδιαστεί για να διερευνήσει το άμεσο περιβάλλον μιας μαύρης τρύπας. Δεν είναι ένα τηλεσκόπιο, αλλά μάλλον ένα συνδεδεμένο σύστημα ραδιοτηλεσκοπίων σε ολόκληρο τον κόσμο, όλα που συνεργάζονται χρησιμοποιώντας ιντερφερομετρία. Μετρώντας την ηλεκτρομαγνητική ενέργεια από την περιοχή που περιβάλλει τη μαύρη τρύπα με πολλαπλά ραδιοφωνικά πιάτα σε πολλαπλές τοποθεσίες, μερικές από τις ιδιότητες της πηγής μπορούν να προκύψουν.
Ερευνητές με το EHT ελπίζουν ότι οι παρατηρήσεις τους θα παρέχουν τελικά εικόνες από τα έντονα βαρυτικά αποτελέσματα που αναμένουμε να δούμε κοντά στη μαύρη τρύπα. Επίσης, ελπίζουν να εντοπίσουν κάποια από τις δυναμικές στην εργασία κοντά στην τρύπα καθώς η τροχιά της ύλης στον δίσκο αύξησης φτάνει σε σχετικιστική ταχύτητα.
Το έργο EHT συγκέντρωσε δεδομένα για τον Τοξότη Α, και μια άλλη μαύρη τρύπα που ονομάζεται M87 στο κέντρο του γαλαξία της Παρθένου Α, για μια περίοδο τεσσάρων ετών. Αυτά τα τέσσερα χρόνια έληξαν τον Απρίλιο του 2017, αλλά η ομάδα 200 επιστημόνων και μηχανικών εξακολουθεί να αναλύει τα δεδομένα. Εν τω μεταξύ, η ομάδα κυκλοφόρησε εικόνες μοντέλου υπολογιστή από ό, τι ελπίζουν να δουν.
Η εικόνα μπορεί να μην μοιάζει πολύ, αλλά είναι σημαντική. Είναι το ισοδύναμο της ανάγνωσης ενός τίτλου εφημερίδας στο φεγγάρι ενώ στέκεται στη Γη. Η εικόνα μπορεί να μας βοηθήσει να απαντήσουμε σε μερικές συγκεχυμένες ερωτήσεις σχετικά με τις μαύρες τρύπες:
- Τι ρόλο έπαιξαν οι μαύρες τρύπες στο σχηματισμό γαλαξιών;
- Πώς μοιάζει το φως και η ύλη καθώς πέφτουν προς μια μαύρη τρύπα;
- Από ποιες είναι οι ροές ενέργειας που εκτοξεύονται από μαύρες τρύπες;
Υπάρχει επίσης η πιθανότητα ότι η εικόνα που παράγει το EHT του Τοξότη Α θα σημαίνει ότι η Θεωρία της Γενικής Σχετικότητας του Αϊνστάιν θα πρέπει να ενημερωθεί. (Αν και είναι συνήθως κακή ιδέα να στοιχηματίζεις εναντίον του Αϊνστάιν.)
Μαύρες τρύπες και ο ορίζοντας της εκδήλωσης
Οι μαύρες τρύπες είναι βασικά ένα πτώμα ενός αστεριού. Όταν ένα πολύ τεράστιο αστέρι καίει όλο το καύσιμο του, καταρρέει σε ένα εξαιρετικά πυκνό σημείο ή μοναδικότητα. Η μαύρη τρύπα έχει απίστευτα ισχυρή βαρυτική έλξη, η οποία τραβάει αέριο και σκόνη προς αυτήν. Μία φορά κάθε 10.000 χρόνια, ο Τοξότης Α καταναλώνει ακόμη και ένα αστέρι.
Ο ορίζοντας του γεγονότος είναι σαν ένα κέλυφος γύρω από τη μαύρη τρύπα. Μόλις οποιοδήποτε θέμα - ή ακόμα και φως - φτάσει στον ορίζοντα του γεγονότος, τελειώνει το παιχνίδι. Η μαύρη τρύπα μεγαλώνει σε μέγεθος καθώς καταναλώνει ύλη και ο ορίζοντας του γεγονότος επεκτείνεται επίσης.
Το Sagittarius A, το δικό μας Super-Massive Black Hole (SMBH), είναι τεράστιο. Έχει μάζα 4 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τον Ήλιο. Ωστόσο, δεν είναι τόσο μεγάλο σε σύγκριση με άλλα SMBH. Το άλλο SMBH στο έργο EHT είναι πολύ μεγαλύτερο, με μάζα 7 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτήν του Ήλιου.
Το EHT θα παράγει μια εικόνα του ορίζοντα συμβάντων μελετώντας την περιοχή γύρω από τη μαύρη τρύπα. Κάτι συμβαίνει στο υλικό καθώς πέφτει στη μαύρη τρύπα. Σχηματίζει έναν δίσκο συσσώρευσης αερίου και σκόνης που βασικά βρίσκεται σε μοτίβο συγκράτησης έως ότου απορροφηθεί στην τρύπα. Αυτό το υλικό επιταχύνεται σε σχετικιστικές ταχύτητες, που σημαίνει κοντά στην ταχύτητα του φωτός. Όταν συμβαίνει αυτό, το υλικό υπερθερμαίνεται και εκπέμπει ενέργεια.
Αλλά η μαύρη τρύπα είναι τόσο ισχυρή βαρυτική που λυγίζει αυτό το φως σε ένα φαινόμενο που ονομάζεται βαρυτικός φακός. Αυτός ο φακός δημιουργεί μια σκοτεινή περιοχή που ονομάζεται σκιά της μαύρης τρύπας. Σύμφωνα με τη θεωρία, ο ορίζοντας συμβάντων πρέπει να είναι περίπου 2,5 φορές μεγαλύτερος από τη σκιά. Έτσι, όταν οι επιστήμονες έχουν μια εικόνα της σκιάς, γνωρίζουν το μέγεθος του ορίζοντα του γεγονότος. Το μέγεθος του ορίζοντα συμβάντος είναι ανάλογο με τη μάζα της μαύρης τρύπας. Έτσι, στην περίπτωση του Τοξότη Α, πρέπει να έχει διάμετρο περίπου 24 εκατομμυρίων χιλιομέτρων (15 εκατομμύρια μίλια).
Έτσι δεν θα υπάρχουν εικόνες της ίδιας της μαύρης τρύπας, αλλά θα υπάρχουν εικόνες της σκιάς που ρίχνει η μαύρη τρύπα. Επιστημονικά, αυτό είναι ένα μεγάλο άλμα στην κατανόησή μας για τις μαύρες τρύπες. Και σε περίπτωση που υπάρχει αμφιβολία για την ύπαρξη μαύρων τρυπών, η εικόνα της σκιάς θα παρέχει ισχυρές ενδείξεις ότι οι μαύρες τρύπες είναι πράγματι εκεί έξω.
Το EHT και τα Jets
Παρά το τεράστιο μέγεθος του Τοξότη Α, είναι μικρό στον ουρανό. Είναι πολύ μικρό για να δει κανείς ένα τηλεσκόπιο. Γι 'αυτό το EHT εφαρμόστηκε. Συνδυάζει 7 ξεχωριστά ραδιο τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο σε ένα μεγάλο εικονικό τηλεσκόπιο χρησιμοποιώντας μια τεχνική που ονομάζεται Ινδομετρία Πολύ Long Baseline (VLBI), κάτι που γνωρίζουν οι λάτρεις της αστρονομίας. Το εικονικό τηλεσκόπιο έχει πολύ μεγαλύτερη ικανότητα επίλυσης από ένα μοναδικό πεδίο και επέτρεψε στους αστρονόμους να μελετήσουν την περιοχή κοντά στο Sgr. ΕΝΑ.
Κατά τη διάρκεια μιας εβδομάδας τον Απρίλιο του 2017, η ομάδα του EHT επισήμανε και τα επτά από τα πεδία της στο Sgr A και επτά ατομικά ρολόγια κατέγραψαν το χρόνο άφιξης σημάτων σε κάθε τηλεσκόπιο. Μελετώντας και συνδυάζοντας τα σήματα, οι επιστήμονες μπορούν να δημιουργήσουν μια εικόνα του Sgr A. Αυτή είναι μια χρονοβόρα διαδικασία που βρίσκεται σε εξέλιξη.
Τα ενεργητικά αεριωθούμενα αεροσκάφη που εκτοξεύονται έξω από μια μαύρη τρύπα έχουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τους ερευνητές. Το θέμα περιστρέφεται γύρω από τον δίσκο συσσώρευσης μιας μαύρης τρύπας θερμαίνει έως και δισεκατομμύρια βαθμούς. Μερικά από αυτά μπαίνουν στη μαύρη τρύπα, αλλά όχι όλα.
Τα ενεργητικά τζετ είναι το μέρος που διαφεύγει του δίσκου συσσώρευσης. Ταξιδεύουν κοντά στην ταχύτητα του φωτός για δεκάδες χιλιάδες έτη φωτός. Οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν περισσότερα γι 'αυτούς.
Όταν πρόκειται για Sgr. Α, δεν ξέρουμε αν υπάρχουν τζετ. Δεν ήταν πολύ ενεργό τις τελευταίες δεκαετίες, οπότε μπορεί να μην υπάρχουν τζετ. Αλλά αν είναι εκεί, το EHT θα παραλάβει εκεί ραδιοσήματα. Τότε μπορεί να λάβουμε απαντήσεις σε ορισμένες θεμελιώδεις ερωτήσεις σχετικά με τα αεροσκάφη:
- Πώς ξεκινούν;
- Πώς επιταχύνουν σε σχετικιστικές ταχύτητες;
- Πώς παραμένουν σφιχτά συγκεντρωμένοι;
- Από τι ακριβώς κατασκευάζονται;
Είναι η θεωρία της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν στο πρόβλημα;
Πιθανώς όχι. Αλλά υπάρχει μια πιθανότητα.
Το μεγαλύτερο μέρος του Ηλιακού μας Συστήματος είναι ένα πολύ ωραίο, εργασιακό μέρος. Και από εδώ προέρχονται τα περισσότερα από τα παρατηρητικά μας στοιχεία που υποστηρίζουν τη Γενική Σχετικότητα. Αλλά η περιοχή που περιβάλλει μια μαύρη τρύπα δεν είναι μια φυσιολογική γειτονιά.
Οι συνθήκες εκεί είναι ακραίες. Έντονη βαρύτητα, υπερθέρμανση πίδακες υλικού που κινούνται κοντά στην ταχύτητα του φωτός και τον ορίζοντα του συμβάντος. Όμως, όσον αφορά τη Γενική Σχετικότητα, αφορά κυρίως τη βαρύτητα και το φως.
Η Γενική Σχετικότητα προβλέπει ότι η βαρύτητα της μαύρης τρύπας θα καμπυλώσει το διάστημα και θα τραβήξει τα πάντα προς αυτήν, συμπεριλαμβανομένου του φωτός. Τα δεδομένα που συλλέγονται από την EHT θα παρέχουν μετρήσεις αυτού του φαινομένου που μπορούν να συγκριθούν με τις προβλέψεις του Αϊνστάιν. Εάν τα δεδομένα ταιριάζουν με τις προβλέψεις, ο Αϊνστάιν κερδίζει ξανά.
Η γενική σχετικότητα κάνει μια άλλη πρόβλεψη: η σκιά που ρίχνει ο δίσκος συσσώρευσης πρέπει να είναι κυκλική. Εάν δεν είναι κυκλικό και είναι περισσότερο ωοειδές, τότε οι τύποι στη Γενική Σχετικότητα δεν είναι απολύτως ακριβείς.
Ο John Wardle είναι ένας αστρονόμος που μελετά τις μαύρες τρύπες εδώ και δεκαετίες, όταν ήταν ακόμα μια θεωρητική κατασκευή. Συμμετέχει έντονα στο έργο EHT. Ο Wardle πιστεύει ότι η Γενική Σχετικότητα θα αντέξει σε αυτό το τεστ και ότι ο Αϊνστάιν θα κερδίσει ξανά. Αλλά αν η Γενική Σχετικότητα αποτύχει σε αυτό το τεστ, θα βρεθούμε σε μια πολύ δύσκολη και περίεργη κατάσταση.
"Τότε θα είμαστε σε ένα σοβαρό ίσιο μπουφάν, επειδή δεν μπορείτε να κάνετε αλλαγές που μπερδεύουν όλα τα άλλα κομμάτια που λειτουργούν", δήλωσε ο Wardle. "Θα ήταν πολύ συναρπαστικό."
- Δελτίο Τύπου του Πανεπιστημίου Brandeis: «Πώς μοιάζει μια μαύρη τρύπα;»
- Τηλεσκόπιο Event Horizon
- Καταχώριση Wikipedia: Ιντερφερομετρία
- Καταχώριση Wikipedia: Ορίζοντας εκδήλωσης
