Τι σημαίνει η θέα μιας Μαύρης Τρύπας για έναν Φυσικό της Μαύρης Τρύπας
Αυτή την ιστορική στιγμή, ο κόσμος σταμάτησε για να δει την πρώτη εικόνα της ανθρωπότητας του πιο παράξενου φαινομένου στο γνωστό σύμπαν, μια αξιοσημείωτη κληρονομιά της γενικής θεωρίας της σχετικότητας:μια μαύρη τρύπα. Με συγκινεί όχι μόνο η εικόνα. Με συγκινεί συντριπτικά η σημασία του να μοιράζομαι αυτήν την εμπειρία με αγνώστους σε όλο τον κόσμο. Με συγκινεί η εικόνα ενός είδους που κοιτάζει μια εικόνα μιας περίεργης κενή τρύπας που φαίνεται στο διάστημα.
Είμαι στο National Press Club, στην Ουάσιγκτον, DC, μια κυψέλη ενθουσιασμού. Οι επιστήμονες με το τηλεσκόπιο Event Horizon φιλοδοξούσαν για χρόνια να τραβήξουν την πρώτη φωτογραφία μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας, οπότε όταν συγκέντρωσαν δημοσιογράφους και επιστήμονες μαζί σήμερα για μια συνέντευξη Τύπου, δεν υπήρχε μεγάλη αμφιβολία για το τι ήμασταν εδώ για να δούμε .
Ωστόσο, υπάρχουν εκπλήξεις.
Στο βάθρο βρίσκεται ο Sheperd Doeleman, ο διευθυντής του Event Horizon Telescope. Μας καλωσορίζει, «τους λάτρεις της μαύρης τρύπας». Έχω την πιο δυνατή ανάμνηση να στέκομαι στον πίνακα κιμωλίας σε μια κατά τα άλλα άδεια τάξη στο Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Μασαχουσέτης με τον Shep, τον αστείο φίλο μου με τα αστεία, αλάνθαστα, καμένα από μαόνι μαλλιά του. Καλυμμένοι με σκόνη κιμωλίας, αποκτήσαμε τα μαθηματικά της θεωρίας της σχετικότητας του Άλμπερτ Αϊνστάιν.
Βίντεο: Ο Sheperd Doeleman, διευθυντής του Event Horizon Telescope, αποκάλυψε την πρώτη φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας σε συνέντευξη Τύπου στο National Press Club στην Ουάσιγκτον, D.C.
Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών
Γνωρίζαμε ήδη τις λέξεις, την καθιερωμένη παράδοση:Όλες οι μορφές ύλης και ενέργειας κάμπτουν τον χώρο και τον χρόνο, και το φως και η ύλη ακολουθούν αυτές τις καμπύλες. Τα λόγια πρέπει να ληφθούν ως εμπιστοσύνη. Αλλά τα μαθηματικά μπορούσαμε να αποκτήσουμε. Θα μας ανήκε. Όταν ο Αϊνστάιν συνέλαβε τη σχετικότητα, μας έδωσε ένα δώρο που έχει περάσει από άτομο σε άτομο σε όλο τον κόσμο. Η σχετικότητα, αψηφώντας το όνομά της, ισχύει για όλους μας.
Ίσως η μνήμη μου από τη συγκεκριμένη σανίδα να είναι τόσο καθαρή ακριβώς επειδή αυτή η στιγμή ορίζει το όριο μεταξύ πριν και μετά την απόκτηση της σχετικότητας. Τώρα δεν μπορώ να φανταστώ το μυαλό μου χωρίς αυτό. Η σχετικότητα διαποτίζει τις σκέψεις μου, έτσι ώστε να σκέφτομαι στη σχετικότητα όπως σκέφτονται οι συγγραφείς στη φυσική τους γλώσσα. Από εκείνη τη στιγμή στο MIT, ο Shep και εγώ έχουμε βρει το δρόμο μας μέσω της σχετικότητας προς τις πιο αξιοσημείωτες από τις προβλέψεις της, τις μαύρες τρύπες.
Οι μαύρες τρύπες θεωρήθηκαν ως ένα πείραμα σκέψης, μια φανταστική φαντασία. Φανταστείτε την ύλη να συνθλίβεται σε ένα σημείο. Μη ρωτάτε πώς. Φανταστείτε μόνο αυτό. Ενώ κατατάχθηκε στον γερμανικό στρατό κατά τη διάρκεια του Α' Παγκοσμίου Πολέμου, ο Karl Schwarzschild ανακάλυψε αυτή την πιθανή λύση στη πρόσφατα δημοσιευμένη θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν, απόκρυφα μεταξύ του υπολογισμού των βαλλιστικών τροχιών από τα χαρακώματα στο ρωσικό μέτωπο. Ο Schwarzschild συμπέρανε ότι ο χωροχρόνος ουσιαστικά χύνεται προς το θρυμματισμένο κέντρο. Αγωνιζόμενοι με την απόλυτη ταχύτητά του, ακόμη και το φως σύρεται στην τρύπα, ρίχνοντας μια σκιά στον ουρανό. Αυτή η σκιά είναι ο ορίζοντας γεγονότων, η έντονη οριοθέτηση ανάμεσα στο εξωτερικό και οτιδήποτε έχει την ατυχία να έχει πέσει μέσα.
Ο Αϊνστάιν πίστευε ότι η φύση θα μας προστάτευε από το σχηματισμό μαύρων τρυπών. Αντίθετα, η φύση τα φτιάχνει σε αφθονία. Όταν ένα αστέρι που πεθαίνει είναι αρκετά βαρύ, η βαρύτητα υπερνικά την εγγενή αντίσταση της ύλης και το αστέρι καταρρέει καταστροφικά. Ο ορίζοντας γεγονότων μένει πίσω ως αρχαιολογικό αρχείο, ενώ το αστρικό υλικό συνεχίζει να πέφτει προς τα μέσα σε μια άγνωστη μοίρα. Στον δικό μας γαλαξία Milky Way θα μπορούσαν να υπάρχουν δισεκατομμύρια μαύρες τρύπες.
Υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες, εκατομμύρια ή και δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου, αγκυροβολούν τα κέντρα σχεδόν όλων των γαλαξιών, αν και κανείς δεν γνωρίζει ακόμη πώς σχηματίστηκαν ή πώς έγιναν τόσο βαριές. Ίσως σχηματίστηκαν από νεκρά αστέρια που συγχωνεύτηκαν και κλιμακώθηκαν σε μέγεθος, ή ίσως κατέρρευσαν απευθείας από πιο αρχέγονο υλικό σε ένα νεότερο σύμπαν. Όπως και να έχουν σχηματιστεί, υπάρχουν τόσες υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες όσες και οι γαλαξίες — εκατοντάδες δισεκατομμύρια στο παρατηρήσιμο σύμπαν.
Δεν είχαμε δει ποτέ μαύρη τρύπα πριν από σήμερα. Κανένα τηλεσκόπιο δεν είχε τραβήξει ποτέ φωτογραφία ενός. Έχουμε συμπεράνει έμμεσα την παρουσία μαύρων οπών όταν έχουν κανιβαλίσει συντροφικά αστέρια, τροφοδοτούν ενεργητικούς πίδακες σε στριμμένα μαγνητικά πεδία και έχουν αιχμαλωτίσει αστέρια στην τροχιά τους. Έχουμε ακούσει ακόμη και τις μαύρες τρύπες να συγκρούονται και να συγχωνεύονται, χτυπώντας τον χωροχρόνο σαν σφυρί πάνω σε ένα τύμπανο.
Ποτέ δεν είχαμε τραβήξει απευθείας φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας πριν, επειδή οι μαύρες τρύπες είναι μικροσκοπικές, παρά τη δραματική τους φήμη ως όπλα χάους και καταστροφής (ναι, το Nova Η ταινία που φιλοξενούσα ονομαζόταν «Black Hole Apocalypse»). Μια μαύρη τρύπα με τη μάζα του ήλιου θα είχε έναν ορίζοντα γεγονότων πλάτους μόλις 6 χιλιομέτρων. Συγκρίνετε αυτό με το πλάτος των 1,4 εκατομμυρίων χιλιομέτρων του ίδιου του ήλιου. Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία, που ονομάστηκε Τοξότης Α*, είναι 4 εκατομμύρια φορές η μάζα του ήλιου αλλά μόνο περίπου 17 φορές μεγαλύτερη.
Σκεφτείτε την πρόκληση της λήψης ενός πορτρέτου ενός εντελώς σκοτεινού αντικειμένου μόλις 17 φορές το πλάτος ενός συνηθισμένου άστρου σε απόσταση 26.000 ετών φωτός. Η επίλυση μιας εικόνας του Τοξότη Α* είναι συγκρίσιμη με την επίλυση της εικόνας ενός κομματιού φρούτου στο φεγγάρι.
Για την επίλυση μιας τέτοιας μικροσκοπικής εικόνας απαιτείται ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος ολόκληρης της Γης. Από εκείνες τις μέρες σε αυτήν την τάξη στο MIT, ο αστείος, εντελώς αντισυμβατικός φίλος μου είναι αποφασισμένος να συλλάβει την εικόνα μιας υπερμεγέθους μαύρης τρύπας.
Κατά τη διάρκεια των ετών στο μεταπτυχιακό μας, τα μαλλιά του Shep ήταν μια αλληγορία για το μυαλό του — άγρια και πνευματώδη. Θαύμαζα την ελευθερία που ένιωθα στον τρόπο που σκεφτόταν, σφυρηλατώντας πάντα απροσδόκητες συνδέσεις, μερικές φορές εις βάρος του απαιτούμενου μαθήματος. Τα συγκλονισμένα μάτια του θα με προειδοποιούσαν ότι μια τρελή ιδέα τον είχε χτυπήσει ακριβώς εκείνη τη στιγμή, σαν να ήταν τόσο έκπληκτος όσο κι εγώ από τη σκέψη.
Το τηλεσκόπιο Event Horizon είναι μια απόδειξη για τολμηρές ιδέες, καθώς και για την επιστημονική εφευρετικότητα και τη συνεργασία. Εκμεταλλευόμενοι μεγάλα ραδιοτηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο - βασιζόμενοι στα νεότερα, πιο εξελιγμένα παρατηρητήρια και αναβιώνοντας μερικά που ήταν σχεδόν ανενεργά - το EHT έγινε ένα σύνθετο τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης. Καθώς ο πλανήτης περιστρέφεται και περιστρέφεται, οι μαύρες τρύπες-στόχοι υψώνονται στο οπτικό πεδίο των συστατικών τηλεσκοπίων γύρω από τον πλανήτη. Για να αποδώσουν μια ακριβή εικόνα, τα τηλεσκόπια πρέπει να λειτουργούν ως ένα, πράγμα που περιλαμβάνει ευαίσθητες διορθώσεις χρόνου, έτσι ώστε ένα σφαιρικό μάτι να κοιτάζει προς τη μαύρη τρύπα.
Ο συνδυασμός τηλεσκοπίων για καλύτερη ανάλυση ήταν η βάση της διδακτορικής διατριβής του Shep στη δεκαετία του '90. Μέχρι το 2008, ηγήθηκε μιας μικρής ομάδας που απεικόνιζε δομές συγκρίσιμες σε μέγεθος με κοντινές υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες. Αυτή η απόδειξη της ιδέας οδήγησε το έργο EHT, του οποίου η ομάδα ήταν πλέον σίγουρη ότι η απαιτούμενη ανάλυση ήταν εφικτή. Στη δεκαετία από τότε, η EHT έπρεπε να αντιμετωπίσει τις προκλήσεις που έθεταν τα δεδομένα και να προχωρήσει τεχνολογικά, και η Shep πιστεύει γρήγορα τη διεθνή ομάδα για την αντοχή της και την εξυπνάδα των συλλογικών συνεισφορών της.
Η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα μας, το Sagittarius A*, έγινε ο προφανής στόχος που πρέπει να επιδιώξουμε. Παρά την αφθονία των υπερμεγέθων μαύρων οπών στους γαλαξίες, όλες οι άλλες είναι πολύ μακριά για να επιλυθούν ακόμη και με ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης. Υπάρχει μια εξαίρεση. Ο Messier 87, ή M87, είναι ένας τεράστιος ελλειπτικός γαλαξίας 55 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά που είναι γνωστό ότι φιλοξενεί μια εκπληκτική υπερμεγέθη μαύρη τρύπα κάπου μεταξύ 3,5 δισεκατομμυρίων και 7,2 δισεκατομμυρίων φορές τη μάζα του ήλιου. Στο μικρό άκρο αυτού του εύρους, το M87 θα ήταν ένας αδύνατος στόχος για την EHT. Στο υψηλό επίπεδο, είναι πιθανώς κατάλληλο. Έτσι, το M87 έγινε δευτερεύων στόχος στη θερμή καταδίωξη του Τοξότη Α*.
Μια μαύρη τρύπα στο σκοτεινό σκηνικό του άδειου χώρου θα ήταν πραγματικά αόρατη. Το Sagittarius A* και M87 φωτίζονται βοηθητικά από τα συντρίμμια που έχουν παγιδευτεί σε θερμούς δίσκους που περιφέρονται πολύ κοντά στους ορίζοντες συμβάντων τους. Η διαδρομή του φωτός από το φωτεινό υλικό σε τροχιά κάμπτεται κατά μήκος του καμπυλωμένου χώρου, έτσι ώστε ακόμη και το φως πίσω από μια μαύρη τρύπα να ανακατευθύνεται προς το μέρος μας. Ο δίσκος φαίνεται να περιβάλλει τη μαύρη τρύπα, επιτρέποντας μια φωτεινή αντίθεση στην οποία είναι ορατή η σκιά του.
Το EHT βλέπει στην πραγματικότητα μια περιοχή ελαφρώς έξω από τον ίδιο τον ορίζοντα γεγονότων - μια περιοχή που ορίζεται από την τοποθεσία πιο κοντά στη μαύρη τρύπα όπου μια δέσμη φωτός θα μπορούσε να περιφερθεί σε έναν κύκλο, γνωστή ως "τελευταία τροχιά φωτονίου". (Εάν επιπλέετε εκεί, θα μπορούσατε να δείτε το φως να αντανακλάται στο πίσω μέρος του κεφαλιού σας μετά την ολοκλήρωση ενός ταξιδιού μετ' επιστροφής. Ή, αν γυρίζατε αρκετά γρήγορα, μπορεί να δείτε το δικό σας πρόσωπο.) Πιο κοντά, όλο το φως πέφτει μέσα .
Συγκεντρωθήκαμε εδώ, θεωρητικοί και παρατηρητές της μαύρης τρύπας, δημοσιογράφοι και φίλοι, σε αυτό το δωμάτιο μαζί για να μοιραστούμε μια εικόνα που ήδη μπορούσαμε να φανταστούμε και ήμασταν ενθουσιασμένοι να γιορτάσουμε. Αλλά αυτή ήταν η έκπληξη στο άκουσμα της ανακοίνωσης:Δεν είναι ο Τοξότης Α* που είδαν. Δεν είναι η μαύρη τρύπα μας. Είναι M87!
Η εικόνα είναι αναμφισβήτητη — μια σκοτεινή σκιά στο μέγεθος του ηλιακού μας συστήματος, που περιβάλλεται από μια φωτεινή, όμορφη σταγόνα.
Ενώ οι επιστημονικές επιπτώσεις θα χρειαστούν χρόνο για να αποσυμπιεστούν, ορισμένες από τις ανθρωπολογικές επιπτώσεις φαίνονται άμεσες. Το φως EHT που συλλέχθηκε από το M87 κατευθύνθηκε στο δρόμο μας πριν από 55 εκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια αυτών των αιώνων, αναδυθήκαμε στη Γη μαζί με τους μύθους, τους διαφοροποιημένους πολιτισμούς, τις ιδεολογίες, τις γλώσσες και τις ποικίλες πεποιθήσεις μας. Κοιτάζοντας το M87, μου υπενθυμίζεται ότι οι επιστημονικές ανακαλύψεις ξεπερνούν αυτές τις διαφορές. Είμαστε όλοι κάτω από τον ίδιο ουρανό, όλοι μας δεμένοι σε αυτήν την απαλή μπλε κουκκίδα, που επιπλέει στην αραιή τοπική περιοχή των ουράνιων σωμάτων του ηλιακού μας συστήματος, κάτω από τη ζεστασιά του κίτρινου ήλιου μας, σε μια αραιή θάλασσα από αστέρια, σε τροχιά γύρω από ένα υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στο κέντρο του φωτεινού γαλαξία μας.
Όταν ρωτήθηκε για τις σκέψεις του τη στιγμή που είδε για πρώτη φορά την εικόνα της μαύρης τρύπας στο M87, ο Shep απάντησε:«Είδαμε κάτι τόσο αληθινό». Και είναι αλήθεια για όλους μας.
