gov-civil-vilareal.ptNoskatīties bezgalības klintī: pirmais melnā cauruma notikumu horizonta attēls
>Pirmo reizi cilvēces vēsturē astronomi ir apvienojuši teleskopu spēku no visas mūsu planētas, lai izveidotu attēlu, kas parāda melnā cauruma notikumu horizontu.
Savākto masīvu sauc notikumu horizonta teleskops , un četru nakšu laikā 2017. gada aprīlī tā novēroja supermasīvs melnais caurums M87 centrā , elipsveida galaktika Jaunavas kopā, 55 miljoni gaismas gadu attālumā no Zemes.
Tas, ko viņi redzēja, ir žokļa piliens:
ko viņš domā bezkontakta laikā
Pats pirmais supermasīvā melnā cauruma notikumu horizonta attēls. Tas parāda melnā cauruma, kura masa ir 6,5 miljardus reižu lielāka nekā Saule, siluetu, kas atrodas galaktikas M87 kodolā 55 miljonu gaismas gadu attālumā no Zemes. Kredīts: NSF
Es šeit vēlos būt ļoti uzmanīgs, jo šis attēls ir nedaudz sarežģītāks par vienkāršu gaismas gredzenu ar melno caurumu centrā, un fizika aiz tā ir diezgan sīva.
Lai būtu skaidrs, jūs faktiski neredzat melno caurumu. Šis apļveida caurums gredzena centrā nav melnais caurums, bet gan tā smaguma efekts. To sauc par melnā cauruma ēnu, bet es to vairāk domāju par tā maskēšanas ierīci: gravitācija liek gaismu no apkārt esošā materiāla, sūta to uz mums, atstājot atstarpi, kur atrodas pats melnais caurums. Varbūt labākais veids, kā to aprakstīt, ir kā siluets no melnā cauruma gravitācijas.
Šim videoklipam ir jāsniedz informācija par efektu:
Tas, kas jums paliek, ir sfērisks apgabals telpā, kurā nekas nevar izkļūt. Šīs sfēras virsmu, ja tā domājat, sauc par notikumu horizonts (jo jebkurš notikums, kas notiek tā iekšienē, ir ārpus jūsu redzesloka un to nevar redzēt). Bet tikai ārā gravitācija ir ļoti spēcīga, bet ne neiespējami. Fotonam, gaismas daļiņai, kas iet tuvu šai robežai, bet tomēr atrodas ārpus tās, būs ievērojami saliekts ceļš, bet var aizbēgt.
Notikumu horizonta lielums ir atkarīgs no melnā cauruma masas. Ja jūs veicat matemātiku, ko Einšteins vispirms aprēķināja 1900. gadu sākumā, jūs sapratīsit, ka, saspiežot Sauli līdz melnajam caurumam, tā diametrs būs 6 kilometri. Paturiet prātā, ka šobrīd Saule ir 1,4 miljonu kilometru garumā! Tātad jums ir jāpadara objekti neticami mazi un blīvi, lai tie kļūtu par melnajiem caurumiem.
Tagad mēs domājam, ka katras lielās Visuma galaktikas centrā ir supermasīvs melnais caurums, kura masa ir miljonus vai pat miljardus reižu lielāka par Saules masu. piena ceļš piemēram, ir viens, kas vairāk nekā 4 miljonus reižu pārsniedz Saules masu.
M87 ir elipsveida galaktika Jaunavas kopas sirdī starp debesīm starp Lauvas un Jaunavas zvaigznājiem izplatījās simtiem galaktiku kolekcija. Tā ir milzīga galaktika, pietiekami gaiša, lai to varētu redzēt, izmantojot tikai binokli, lai gan tā atrodas 55 miljonu gaismas gadu attālumā.
Tas ir arī aktīvā galaktika : Atšķirībā no supermasīvā melnā cauruma Piena ceļā, tas, kas atrodas M87 centrā, aktīvi norij matēriju. Tajā iekrīt materiāls, galvenokārt gāze un putekļi, un tas veido plakanu disku, ko sauc par akrecijas disku, kas sākas tieši ārpus notikumu horizonta un stiepjas daudzus miljardus kilometru. Apgriešanās ātrums ir atkarīgs no tā attāluma no notikumu horizonta; sīkumi ļoti tuvu kustas gandrīz ar gaismas ātrumu, bet sīkumi tālāk atrodas lēnāk.
Aktīvā melnā cauruma pamatkomponenti, ieskaitot notikumu horizontu, uzkrāšanās disku un strūklu. Kredīts: TAS
Tā kā materiāls berzējas kopā, tas rada berzi, un tas savukārt rada siltumu. A daudz no siltuma. Piemēram daudz daudz. Iedomājieties, ka gaismas ātrumā berzējat rokas kopā! Materiāls diskā tiek uzkarsēts līdz miljoniem grādu, un karsts materiāls nikni spīd, izstarojot milzīgu gaismas daudzumu.
Tas ir materiāls, ko redzat pasākuma horizonta teleskopa attēlā*. Tas nodrošina fona spīdumu visapkārt melnajam caurumam. Bet melnā cauruma smagums to izkropļo, saliekot gaismas ceļu. Gaisma no materiāla aiz muguras melnais caurums izliekas apkārt tā, lai mēs to tiešām varētu redzēt! Jo tuvāk melnajam caurumam, jo vairāk tas tiek saliekts, līdz tieši notikumu horizonta kontūrā, skatoties no Zemes, vairs nav redzama gaisma. Tāpēc šī daļa izskatās tumša.
Gaismas ceļš ap melno caurumu nopietni izkropļo gravitācija. Šajā diagrammā Zeme atrodas pa labi, un gaisma no materiāla, kas atrodas aiz melnā cauruma, noliecas uz mums, atstājot caurumu vietā, kur atrodas pats melnais caurums. Kredīts: Nicolle R. Fullers/NSF
Bet pagaidi! Ir vairāk!
Ir efekts ar nosaukumu relativistiskais starojums , ko izraisa neticami strauja materiāla kustība, riņķojot tieši ārpus melnā cauruma. Ja turat sev priekšā spuldzi, gaisma izplešas sfērā, visos virzienos, bet, ja šī spuldze pārvietojas tuvu gaismas ātrumam, šķiet, ka no tās izstarotā gaisma tiek izstarota kā lukturītis , vērsts virzienā, kurā tas virzās. Šis dīvainais efekts nozīmē, ka priekšmets, kas vērsts pret jums gandrīz gaismas ātrumā, šķiet gaišāks, jo lielākā daļa gaismas ir vērsta uz jums, un kaut kas attālinās šķiet tumšāks, jo tā gaisma ir fokusēta prom no jums.
Tagad vēlreiz apskatiet notikuma horizonta teleskopa attēlu. Redziet, kā lietas gredzena apakšā ir gaišākas nekā lietas augšpusē? Tas ir saistīts ar relativistisko starojumu! Apakšā esošais materiāls ir vērsts uz mums, un tas ir gaišāks nekā augšpusē esošais materiāls, kas virzās prom no mums. Tas mums norāda, kādā virzienā uzkrāšanās disks griežas. Arī melnais caurums griežas tādā pašā nozīmē kā disks, tāpēc tas arī norāda, ka no mūsu viedokļa melnais caurums griežas pulksteņrādītāja virzienā.
Es jums nemelošu: kad es pirmo reizi paskatījos uz šo attēlu un sapratu, ko redzu, mati pakausī piecēlās.
gortimer gibbons dzīve uz parastās ielas
Astoņi teleskopi pa Zemi, kas ietver notikumu horizonta teleskopu. Kredīts: Arizonas Universitāte / Dens Merrone
Tehnoloģija, kas ļāva astronomiem izveidot šo attēlu, ir neticama. Viņi izmantoja astoņus dažādus teleskopus visā pasaulē - Arizonā, Čīlē, Meksikā, Spānijā, Havaju salās un Antarktīdā -, lai novērotu M87 melno caurumu. Šie teleskopi neredz optisko gaismu kā mūsu acis, bet ir jutīgi pret gaismu milimetru viļņu garuma diapazonā, tuvāk radioviļņiem nekā optiskā gaisma . Šie milimetru viļņi pārvietojas ar gaismas ātrumu (jo tie ir gaiši) un sasniedz teleskopus nedaudz atšķirīgā laikā. Katrs teleskops rūpīgi novēro šos viļņus, un, apvienojot šo informāciju, šķiet, ka jums ir virtuāls teleskops, kas ir tikpat liels kā atstarpe starp abām observatorijām.
imdb.com zvaigžņu kari spēks mostas
To sauc interferometrija . Apvienojot divās vietās redzamos viļņus, tie konstruktīvi un destruktīvi traucē viens otru, radot bārkstis. Tas ir tāpat kā tad, kad tu šļūc vannā; viļņu virsotnes dažkārt kopā sanāk un izšļakstās no vannas, bet siles apvienojas, lai pazeminātu ūdens līmeni ap jums. Šīs virsotņu un siļu kombinācijas ir bārkstis. Interferometriskajā teleskopa blokā visa apgrieztā informācija strādāja atpakaļ, lai izveidotu attēla attēlu, kas jums sūta viļņus. Tas ir ļoti sarežģīts darbs un vieglāks garākā viļņu garumā, tāpēc tika izmantoti milimetru viļņu teleskopi (optiskajai gaismai ir daudz, daudz īsāks viļņa garums, un tāpēc optiskā interferometrija ir daudz grūtāka).
Kad tas viss ir apvienots, notikumu horizonta teleskops darbojas kā viens ēdiens mūsu planētas lielumu . Tādā veidā M87 melnajā caurumā tā varēja redzēt visas detaļas. Lai gan tas ir milzīgs, 40 miljardu kilometru platumā, tas atrodas 55 miljonu gaismas gadu attālumā, tātad no Zemes tikai četri miljardās daļas grādu lielumā!
Mēness debesīs ir pus grādu plats, tāpēc šis melnā cauruma attēls ir līdzvērtīgs redzēt uz Mēness marmoru . Vai precīzāk - melns marmors ar kvēlojošu gumijas joslu.
Tas ir fenomenāls sasniegums, patiesi jauns laikmets astronomijā. Mēs esam redzējuši melno caurumu sekas gadu desmitiem: materiāls riņķo ap tiem un kļūst mežonīgi karsts; matērijas un enerģijas stari šauj prom no tiem, jo smieklīgi spēcīgais magnētiskais lauks akrecijas diskā norauj materiālu un milzīgā ātrumā to atmet; un pat mūsu pašu galaktikas supermasīvā melnā cauruma ietekme uz zvaigznēm ap to, reālā laikā vērojot, kā tās lielā ātrumā ap to sit.
Un mēs esam iedziļinājušies melno caurumu fizikā, pateicoties daudzu gadu desmitu spožu prātu izstrādātajiem vienādojumiem, uzzinot, kā tie kropļo telpu un laiku, kas notiek tuvu notikumu horizontam, kas notiek ārpus tā, un dažreiz pat noskaidrojam, kas notiek iekšā.
Bet šī ir pirmā reize, kad mēs redzam melnā cauruma notikumu horizontu. Un no šejienes kļūs labāk; tiks pievienoti vairāk teleskopu, lai iegūtu labāku izšķirtspēju, dažādi redzamie viļņu garumi izspiedīs vairāk informācijas no tā, ko mēs redzam, un, pat vēsāk, vairāk melno caurumu, tostarp mūsu Piena ceļa centrā, tiks pārbaudīti šādā veidā .
Melnie caurumi ir tumši, taču to nākotne ir ļoti gaiša.
* Piezīme. Notikumu horizonta teleskops arī aplūkoja melno caurumu mūsu galaktikas centrā, taču ir daudz grūtāk izveidot tā attēlu, jo tas ir mainīgs, mainot tā spilgtumu stundu un dienu skalā. M87 melnais caurums ir stabilāks, tāpēc to ir vieglāk attēlot. Pēc ģeometrijas īpatnības tas ir aptuveni 1600 reizes lielāks nekā mūsu melnais caurums, bet apmēram 2000 reizes tālāk, tāpēc tas šķiet aptuveni tāds pats kā mūsu no Zemes.
