Mednarodna mreža radijskih teleskopov je ustvarila prvo od blizu posnetek sence črne luknje, ki so ga znanstveniki razkrili danes zjutraj (10. aprila). Sodelovanje, imenovano Event Horizon Telescope, je potrjevalo desetletja napovedi, kako se bo svetloba obnašala okoli teh temnih predmetov, in postavilo oder za novo obdobje astronomije s črnimi luknjami.
"Od ničelne lestvice do neverjetne je bilo neverjetno," je povedala Erin Bonning, astrofizičarka in raziskovalka črne luknje z univerze Emory, ki ni bila vključena v slikanje.
"To je bilo tisto, kar sem pričakovala," je povedala za Live Science.
Napoved, ki jo je čakala približno teden in pol vnaprej, je uspela biti neverjetno vznemirljiva in skoraj popolnoma brez presenetljivih podrobnosti ali nove fizike. Fizika se ni pokvarila. Nobene nepričakovane lastnosti črnih lukenj niso bile razkrite. Slika sama se je skoraj odlično ujemala z ilustracijami črnih lukenj, ki smo jih navajeni videti v znanosti in pop kulturi. Velika razlika je v tem, da je cel kup zamegljen.
Kljub temu je bilo več pomembnih vprašanj v zvezi s črnimi luknjami, ki so ostala nerešena, je dejal Bonning.
Kako črne luknje proizvajajo svoje ogromne curke vroče, hitre snovi?
Vse supermasivne črne luknje lahko prežvečijo bližnjo snov, jo večino absorbirajo mimo njihovih dogodkov in ostanke izpljunejo v vesolje pri skoraj svetlobni hitrosti v bliskovite stolpe, ki jih astrofiziki imenujejo "relativistični curki."
In črna luknja v središču Device A (imenovana tudi Messier 87) je znana po svojih impresivnih curkih, vijačnem stanju in sevanju po vsem prostoru. Njeni relativistični curki so tako ogromni, da se lahko popolnoma izognejo okoliški galaksiji.
In fiziki poznajo široke korake, kako se to zgodi: Material pospešuje do ekstremnih hitrosti, ko dobro pade v gravitacijo črne luknje, potem pa nekaj pobegne, obdrži pa to vztrajnost. Toda znanstveniki se ne strinjajo glede podrobnosti, kako se to zgodi. Ta slika in z njo povezani dokumenti še ne ponujajo nobenih podrobnosti.
Če bomo ugotovili, da bo to, bo Bonningova beseda, stvar povezovanja opazovanj teleskopa obzorja dogodkov - ki zajemajo precej majhen prostor - s precej večjimi slikami relativističnih letal.
Medtem ko fiziki še nimajo odgovorov, je dejala, obstaja velika možnost, da pridejo kmalu - še posebej, ko kolaboracija ustvari slike svojega drugega cilja: supermasivne črne luknje Strelca A * v središču naše lastne galaksije, ki ne proizvaja curkov, kot so Device A. Primerjava obeh slik bo morda dejala nekaj jasnosti.
Kako se povezujeta splošna relativnost in kvantna mehanika?
Kadarkoli se fiziki zberejo, da bi spregovorili o resnično razburljivem novem odkritju, lahko pričakujete, da bo kdo slišal, da bi to lahko pomagalo razložiti "kvantno gravitacijo."
To je zato, ker je kvantna gravitacija v fiziki velika neznanka. Že približno stoletje fiziki delujejo po dveh različnih sklopih pravil: Splošna relativnost, ki zajema zelo velike stvari, kot je gravitacija, in kvantna mehanika, ki zajema zelo majhne stvari. Težava je v tem, da si ta dva pravilnika neposredno nasprotujeta. Kvantna mehanika ne zna razložiti gravitacije in relativnost ne more razložiti kvantnega vedenja.
Nekega dne fiziki upajo, da bosta oba združena v veliki enotni teoriji, ki bo verjetno vključevala nekakšno kvantno gravitacijo.
In pred današnjo objavo so se ugibala, da bi lahko na to temo vključil tudi kakšen preboj. (Če napovedi splošne relativnosti ne bi bile podkrepljene na sliki, bi to premaknilo žogo naprej.) Med informativnim poročilom Nacionalne znanstvene fundacije je bil Avery Broderick, fizik na kanadski univerzi v Waterlou in sodelavec na projektu so predlagali takšne odgovore.
Toda Bonning je bil do te trditve skeptičen. Ta slika ni bila povsem presenetljiva z vidika splošne relativnosti, zato ni ponudila nobene nove fizike, ki bi lahko zapolnila vrzel med obema poljema, je dejal Bonning.
Kljub temu pa ni noro, da ljudje upajo na odgovore iz tovrstnih opazovanj, je dejala, saj rob sence črne luknje vnaša relativistične sile v majhen prostor kvantne velikosti.
"Pričakovali bi, da bomo videli kvantno gravitacijo zelo, zelo blizu obzorja dogodkov ali zelo, zelo zgodaj v zgodnjem vesolju," je dejala.
Toda pri še vedno zabrisani ločljivosti Teleskopa Event Horizons, je dejala, najverjetneje ne bomo našli takšnih učinkov, tudi če prihajajo načrtovane nadgradnje.
So bile teorije Stephena Hawkinga pravilne kot Einsteinove?
Največji prispevek fizike fizika Stephena Hawkinga k fiziki je bila ideja o "Hawkingovem sevanju" - da črne luknje dejansko niso črne, ampak sčasoma oddajajo majhne količine sevanja. Rezultat je bil izjemno pomemben, saj je pokazal, da ko se bo črna luknja prenehala rasti, se bo zaradi izgube energije začelo zelo počasi skrčiti.
A teleskopski teleskop Event Horizons ni potrdil ali zanikal te teorije, je dejal Bonning, ne pa da je kdo pričakoval.
Velike črne luknje, kot je bila v Devici A, je dejala, oddajajo le minimalne količine Hawkingovega sevanja v primerjavi z njihovo skupno velikostjo. Medtem ko naši najnaprednejši instrumenti zdaj lahko zaznajo svetle luči obzorja svojih dogodkov, je malo možnosti, da bodo kdaj izmuznili izredno zatemnjen sijaj površine supermasivne črne luknje.
Ti rezultati bodo verjetno izvirali iz najtanjših črnih lukenj - teoretičnih, kratkotrajnih predmetov, ki so tako majhni, da bi lahko v roko priložili celotno obzorje dogodkov. Z možnostjo natančnih opazovanj in veliko več sevanja, ki je na voljo v primerjavi s njihovo velikostjo, lahko človek sčasoma ugotovi, kako ga lahko proizvajajo ali najdejo in zaznajo njegovo sevanje.
Kaj smo se pravzaprav naučili iz te podobe?
Najprej so fiziki še enkrat izvedeli, da ima Einstein prav. Kolikor lahko vidite na teleskopu Event Horizons, je rob sence popoln krog, tako kot so fiziki v 20. stoletju delali z Einsteinovimi enačbami splošne relativnosti.
"Mislim, da nihče ne bi smel biti presenečen, ko bo potekal še en test splošne relativnosti," je dejal Bonning. "Če bi stopili na oder in rekli, da se je porušila splošna relativnost, bi mi padel s stola."
Rezultat z bolj neposrednimi, praktičnimi posledicami je, kot je dejala, ta, da je slika znanstvenikom omogočila natančno merjenje mase te supermasivne črne luknje, ki leži 55 milijonov svetlobnih let v središču galaksije Device A. Je 6,5 milijarde krat bolj množičen od našega sonca.
Bonning je dejal, ker bi lahko spremenili način, kako fiziki tehtajo supermasivne črne luknje v srcih drugih, bolj oddaljenih ali manjših galaksij.
Trenutno je fizikom precej natančno merjenje mase supermasivne črne luknje v središču Mlečne poti, je dejal Bonning, saj lahko opazujejo, kako njegova gravitacija premika posamezne zvezde v njeni soseščini.
Toda v drugih galaksijah naši teleskopi ne vidijo gibanja posameznih zvezd, je dejala. Tako so fiziki obtičali z natančnejšimi meritvami: Kako masa črne luknje vpliva na svetlobo, ki prihaja iz različnih plasti zvezd v galaksiji, ali kako njena masa vpliva na svetlobo, ki prihaja iz različnih plasti plina, ki prosto plava v galaksiji.
Toda ti izračuni so nepopolni, je dejala.
"Modelirati morate zelo zapleten sistem," je dejala.
In obe metodi prineseta nekoliko drugačne rezultate pri vsaki opaženi fiziki galaksije. Toda vsaj za črno luknjo v Devici A zdaj vemo, da je ena metoda pravilna.
"Naša odločitev o 6,5 milijarde sončnih mas se konča pri pristajanju desno od težje odločitve mase," je v informativnem poročanju dejala Sera Markoff, astrofizičarka z univerze v Amsterdamu in sodelavka projekta.
To ne pomeni, da bodo fiziki samo na debelo premaknili k temu pristopu za merjenje mas črnih lukenj, je dejal Bonning. Vendar ponuja pomembno podatkovno točko za natančnejše izračune v prihodnosti.
