Največji objekt na našem nočnem nebu - daleč naokoli - je za nas neviden. Predmet je Supermasivna črna luknja (SMBH) v središču naše galaksije Mlečna pot, ki se imenuje Strelec A. Toda kmalu bomo morda imeli podobo dogodka Strelca A. In ta slika lahko predstavlja izziv za Einsteinovo teorijo splošne relativnosti.
Nihče še ni videl obzorja dogodkov črne luknje. Intenzivno gravitacijsko vlečenje preprečuje, da bi karkoli, tudi svetlobo, ušlo. Obzorje dogodkov je točka vračanja. Ne glede na to, svetloba in nobena informacija ne moreta ubežati. Morda pa bomo blizu slike dogodka Strelca A, zahvaljujoč teleskopu Event Horizon (EHT).
EHT je mednarodno sodelovanje, namenjeno preiskovanju neposredne okolice črne luknje. To ni en teleskop, temveč povezan sistem radijskih teleskopov po vsem svetu, ki skupaj uporabljajo interferometrijo. Z merjenjem elektromagnetne energije iz območja, ki obdaja črno luknjo z več radijskimi jedmi na več lokacijah, je mogoče pridobiti nekatere lastnosti vira.
Raziskovalci z EHT upajo, da bodo njihova opažanja sčasoma zagotovila slike intenzivnih gravitacijskih učinkov, ki jih pričakujemo v bližini črne luknje. Upajo pa tudi, da bodo zaznali nekaj dinamike pri delu v bližini luknje, ko orbita v diskrecijskem disku doseže relativistično hitrost.
Projekt EHT je v štiriletnem obdobju zbral podatke o Strelcu A in še eni črni luknji, imenovani M87 v središču galaksije Device A. Tista štiri leta so se končala aprila 2017, toda ekipa 200 znanstvenikov in inženirjev podatke še vedno analizira. Medtem je ekipa objavila slike računalniškega modela, kaj si upajo videti.
Slika se morda ne zdi veliko, vendar je pomembna. To je enakovredno branju časopisnega naslova na Luni, ko stoji na Zemlji. Slika nam lahko pomaga odgovoriti na nekaj nejasnih vprašanj v zvezi s črnimi luknjami:
- Kakšno vlogo so imele črne luknje pri nastajanju galaksij?
- Kako izgledata svetloba in materija, ko padata proti črni luknji?
- Iz katerih so zgrajeni tokovi energije iz črnih lukenj?
Obstaja tudi možnost, da bo slika EHT iz Strelca A pomenila, da bo treba posodobiti Einsteinovo teorijo splošne relativnosti. (Čeprav je običajno staviti proti Einsteinu.)
Črne luknje in prireditveno obzorje
Črne luknje so v bistvu truplo zvezde. Ko zelo množična zvezda gori skozi vse svoje gorivo, se zruši v izjemno gosto točko, ali v posebnost. Črna luknja ima neverjetno močan gravitacijski poteg, ki vleče plin in prah vanjo. Enkrat na 10.000 let strelec A celo poje zvezdo.
Obzorje dogodkov je kot lupina okoli črne luknje. Ko katera koli zadeva - ali celo svetloba - doseže obzorje dogodkov, je igra končana. Črna luknja narašča v velikosti, ko porablja materijo, in obzorje dogodkov se tudi širi.
Strelec A, naša zelo masivna črna luknja (SMBH), je množična. Ima maso 4 milijone krat večjo od Sonca. Kljub temu pa to ni tako veliko v primerjavi z drugimi SMBH. Drugi SMBH v projektu EHT je precej večji, saj je masa 7 milijard krat večja od Sonca.
EHT bo ustvaril sliko obzorja dogodkov s preučevanjem območja okoli črne luknje. Z materialom se nekaj zgodi, ko pade v črno luknjo. Tvori disk iz vrtinčnega plina in prahu, ki je v osnovi v zadrževalnem vzorcu, dokler se ne vsesa v luknjo. Ta material pospešuje do relativističnih hitrosti, kar pomeni blizu hitrosti svetlobe. Ko se to zgodi, se material pregreje in oddaja energijo.
Toda črna luknja je tako močna gravitacijsko, da upogne to svetlobo v pojavu, imenovanem gravitacijsko leče. Ta leča ustvarja temno območje, ki se imenuje senca črne luknje. Po teoriji naj bi bil horizont dogodkov približno 2,5-krat večji od sence. Ko imajo znanstveniki podobo sence, vedo, kakšna je velikost obzorja dogodka. Velikost obzorja dogodka je sorazmerna z maso črne luknje. V primeru Strelca A naj bi bil v premeru približno 24 milijonov km (15 milijonov milj).
Torej ne bo nobenih slik same črne luknje, ampak bodo slike sence, ki jo črna luknja vrže. Znanstveno je to velik preskok v našem razumevanju črnih lukenj. In v primeru kakršnega koli dvoma o obstoju črnih lukenj bo slika sence zagotovila trdne dokaze, da so tam res črne luknje.
EHT in jeti
Kljub ogromni velikosti Strelca A je na nebu majhen. Preveč je premajhen, da bi ga videl en teleskop. Zato je bil izveden EHT. Združuje 7 ločenih radijskih teleskopov po vsem svetu v en velik virtualni teleskop z uporabo tehnike, imenovane zelo dolga osnovna interferometrija (VLBI), nekaj, kar poznajo astronomski ljubitelji. Navidezni teleskop ima veliko večjo moč ločljivosti kot en sam obseg in astronomom je omogočil preučevanje območja blizu Sgr. A.
V enotedenskem obdobju aprila 2017 je skupina EHT na Sgr A nakazala vseh sedem njegovih meril in sedem atomskih ur je zabeležilo čas prihoda signalov na vsak teleskop. Znanstveniki lahko s preučevanjem in kombiniranjem signalov ustvarijo sliko Agr A. To je dolgotrajen postopek, ki še traja.
Raziskovalni raziskovalci so še posebej zanimivi energični curki, ki izvirajo iz bližine črne luknje. Zadeva, ki se vrti okoli črne luknje, se napihnjen disk segreje na milijarde stopinj. Nekateri vstopijo v črno luknjo, vendar ne vsi.
Energetski curki so tisti del, ki uide iz akumulacijskega diska. Potujejo s svetlobno hitrostjo več deset tisoč svetlobnih let. Znanstveniki želijo vedeti več o njih.
Ko gre za Sgr. A, ne vemo, ali obstajajo curki. V zadnjih nekaj desetletjih ni bil zelo aktiven, zato morda ni curkov. Če pa so tam, bo EHT tam prevzel radijske signale. Potem bomo morda dobili odgovore na nekaj temeljnih vprašanj o letalih:
- Kako se začnejo?
- Kako pospešujejo do relativističnih hitrosti?
- Kako ostanejo tesno osredotočeni?
- Iz česa točno so narejeni?
Je Einsteinova teorija splošne relativnosti v težavah?
Verjetno ne. Toda obstaja možnost.
Večina našega Osončja je precej prozaičen, delovni dan. In od tod prihaja večina naših opazovalnih dokazov, ki podpirajo splošno relativnost. Toda regija, ki obdaja črno luknjo, ni običajna soseska.
Tam so pogoji skrajni. Intenzivna gravitacija, pregreti curki materiala, ki se gibljejo s hitrostjo svetlobe, in obzorje dogodka. Glede splošne relativnosti pa gre večinoma za gravitacijo in svetlobo.
Splošna relativnost napoveduje, da bo gravitacija črne luknje ukrivila vesoljski čas in pritegnila vse, tudi svetlobo. Podatki, ki jih je zbral EHT, bodo zagotovili meritve tega pojava, ki jih je mogoče primerjati z Einsteinovim napovedmi. Če se podatki ujemajo z napovedmi, bo Einstein znova zmagal.
Splošna relativnost daje še eno napoved: senca, ki jo vleče disk, ki je nastala, mora biti krožna. Če ni okrogle oblike in je bolj ovoiden, potem formule v Splošni relativnosti niso popolnoma natančne.
John Wardle je astronom, ki že desetletja preučuje črne luknje, ko so bili še samo teoretični konstrukt. Zelo je vključen v projekt EHT. Wardle meni, da bo Splošna relativnost zdržala ta test in da bo Einstein spet zmagal. Če pa splošna relativnost ne bo uspela s tem testom, se bomo znašli v zelo težkem in nenavadnem položaju.
"Potem bomo v hudem naravnem suknjiču, ker ne morete narediti sprememb, ki bi zmešale vse druge kose, ki delujejo," je dejal Wardle. "To bi bilo zelo razburljivo."
- Univerzitetno sporočilo Brandeis: "Kako izgleda črna luknja?"
- Teleskop daljin
- Vpis v Wikipediji: Interferometrija
- Vpis v Wikipedijo: Obzorje dogodkov
