Η εικόνα της Μαύρης Τρύπας αποκαλύπτει το Τέρας μέσα στην Καρδιά του Γαλαξία
Σήμερα, περισσότερα από τρία χρόνια μετά την απελευθέρωση της πρώτης εικόνας μιας μαύρης τρύπας, επιστήμονες από το τηλεσκόπιο Event Horizon (EHT) μοιράστηκαν μια εικόνα του Τοξότη Α* (προφέρεται Α-αστέρι) — του υπερμεγέθους δείγματος που κάθεται στο κέντρο του δικού μας γαλαξία Γαλαξία.
«Είναι ένα όνειρο που γίνεται πραγματικότητα μετά από δεκαετίες δουλειάς», είπε ο Heino Falcke, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Radboud στην Ολλανδία. "Πάντα ήξερα ότι αυτή η μέρα θα ερχόταν, αλλά ποτέ δεν περίμενα ότι θα ήταν τόσο ξεκάθαρη και εντυπωσιακή αμέσως."
Η εικόνα αποκαλύπτει αμέσως νέες πληροφορίες για το τέρας του Milky Way. «Τα σημαντικότερα πράγματα που μάθαμε για το Sag A* ήταν:Περιστρέφεται η μαύρη τρύπα; Ναι, είναι», είπε η Sara Issaoun, αστροφυσικός και μέλος της ομάδας EHT. «Και ποιος είναι ο προσανατολισμός της μαύρης τρύπας σε σχέση με εμάς; Τώρα είμαστε αρκετά βέβαιοι ότι είναι στραμμένο λίγο πολύ προς το μέρος μας», με έναν από τους πόλους στραμμένους προς την κατεύθυνση μας.
Η μαύρη τρύπα που φαίνεται στη νέα εικόνα είναι πολύ διαφορετική από αυτή στην προηγούμενη φωτογραφία. Η άλλη μαύρη τρύπα βρίσκεται στο κέντρο του M87, ενός τεράστιου ελλειπτικού γαλαξία που είναι σημαντικά πιο μαζικός από τον σπειροειδές Γαλαξία μας. Αυτή η μαύρη τρύπα εκτοξεύει έναν τεράστιο πίδακα που τροφοδοτείται από έντονα μαγνητικά πεδία.
Ο Τοξότης Α*, αντίθετα, έχει 1.000 φορές μικρότερη μάζα από τη μαύρη τρύπα του M87 - 4 εκατομμύρια έναντι 6,5 δισεκατομμυρίων ηλιακών μαζών - καθιστώντας τον πολύ πιο δύσκολο να τον δούμε παρά τη σχετική εγγύτητά του. Και με λιγότερη ύλη να στροβιλίζεται γύρω του, ο Τοξότης Α* είναι επίσης πιο αμυδρός. «Έχει πολύ χαμηλή μάζα», είπε ο Roger Blandford, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Stanford που δεν ασχολείται με το EHT. "Έχει λιμοκτονήσει, ουσιαστικά."
Όμως, παρά αυτές τις διαφορές, οι δύο εικόνες μοιάζουν εντυπωσιακά. «Ήμασταν έκπληκτοι που το Sag A* έμοιαζε τόσο με τη διάσημη μαύρη τρύπα στον γαλαξία M87», είπε ο Issaoun. «Αυτή η ομοιότητα μας αποκαλύπτει μια βασική πτυχή των μαύρων τρυπών. Ανεξάρτητα από το μέγεθός τους ή το περιβάλλον στο οποίο ζουν, μόλις φτάσετε στην άκρη μιας μαύρης τρύπας, η βαρύτητα κυριαρχεί.”
Για να τραβήξουν μια εικόνα του Τοξότη Α*, οι ερευνητές έπρεπε να αντιμετωπίσουν μοναδικές προκλήσεις παρατήρησης. Ο Τοξότης Α* είναι μικρός —μόλις 30 φορές ευρύτερος από τον ήλιο μας— και απέχει 27.000 έτη φωτός. Επειδή είναι σχετικά μικρό, οποιαδήποτε δραστηριότητα στον Τοξότη Α* —όπως η κίνηση του πλάσματος τρισεκατομμυρίων μοιρών που τον περιβάλλει— συμβαίνει 1.000 φορές πιο γρήγορα από ό,τι στη μαύρη τρύπα του M87. «Το υλικό στροβιλιζόταν γύρω από το Sag A* τόσο γρήγορα που η εμφάνιση του Sag A* μπορούσε να αλλάζει από λεπτό σε λεπτό», είπε η Katie Bouman, επιστήμονας υπολογιστών τώρα στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Καλιφόρνια που βοήθησε στην ανάπτυξη ενός αλγόριθμου για τη μετατροπή τεράστιων ποσοτήτων Δεδομένα EHT σε μια εικόνα.
«Μας πήρε δύο χρόνια για να δημοσιεύσουμε τα αποτελέσματα του M87», δήλωσε ο Huib Jan van Langevelde του Πανεπιστημίου Leiden στην Ολλανδία, διευθυντής του EHT. "Αυτά τα αποτελέσματα έρχονται πέντε χρόνια μετά τις παρατηρήσεις."
Οι νέες εικόνες τραβήχτηκαν τον Απρίλιο του 2017 κατά τη διάρκεια του ίδιου παραθύρου στο οποίο το EHT έπαιρνε τη διάσημη πλέον εικόνα της μαύρης τρύπας του M87. Οκτώ τηλεσκόπια συγκέντρωσαν όψεις του Τοξότη Α* κατά τη διάρκεια 10 διαδοχικών νυχτών. Ο όγκος των πληροφοριών που συλλέχθηκαν ήταν τεράστιος, είπε η Lindy Blackburn, επιστήμονας δεδομένων EHT στο Κέντρο Αστροφυσικής Χάρβαρντ-Σμιθσόνιαν — αξίας δισεκατομμυρίων gigabyte. Τα αρχεία που προέκυψαν ήταν πολύ μεγάλα για να βγουν στο διαδίκτυο. Αντίθετα, περισσότεροι από 1.000 σκληροί δίσκοι μεταφέρθηκαν φυσικά πίσω σε δύο εγκαταστάσεις επεξεργασίας, μία στο Παρατηρητήριο Haystack κοντά στη Βοστώνη και μία άλλη στο Ινστιτούτο Max Planck για Ραδιοαστρονομία στη Βόννη της Γερμανίας.
Το EHT χρησιμοποιεί μια τεχνική που ονομάζεται συμβολομετρία πολύ μεγάλης γραμμής βάσης για να παράγει τις εικόνες του, μετατρέποντας τη Γη σε ένα γιγάντιο εικονικό τηλεσκόπιο συνδυάζοντας τις απόψεις πολλαπλών παρατηρητηρίων από τον Νότιο Πόλο στην Ισπανία. Τα απλωμένα τηλεσκόπια μπορούν να δημιουργήσουν πιο ευκρινείς εικόνες, όπως ένας μεγαλύτερος καθρέφτης σε ένα οπτικό τηλεσκόπιο προσφέρει καλύτερη θέαση. Εκτός από αυτή την περίπτωση, οι παρατηρήσεις πραγματοποιήθηκαν σε μήκος κύματος 1,3 χιλιοστών και όχι στο μήκος κύματος του ορατού φωτός. «Αυτό το μήκος κύματος είναι ένα γλυκό σημείο», είπε ο Carl Gwinn, αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στη Σάντα Μπάρμπαρα, ο οποίος δεν συμμετείχε στο αποτέλεσμα. Επέτρεψε στους αστρονόμους να κοιτάξουν μέσα από το καυτό αέριο που περιβάλλει μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, αλλά παρείχε επίσης την απαραίτητη ανάλυση για να αποκαλύψει τη σκιά που προέκυψε από τον ορίζοντα γεγονότων της — το σημείο στο οποίο δεν μπορεί να διαφύγει κανένα φως.
Η απεικόνιση του Τοξότη Α* είναι το τελικό αποτέλεσμα δεκαετιών παρατηρήσεων που ξεκίνησαν με τις πρώτες μας δελεαστικές νύξεις της παρουσίας του το 1918, όταν ο αστρονόμος Χάρλοου Σάπλεϊ παρατήρησε για πρώτη φορά αστέρια να συγκεντρώνονται προς το κέντρο του Γαλαξία. Μεταγενέστερες παρατηρήσεις ανίχνευσαν ισχυρές ραδιοεκπομπές που προέρχονταν από αυτό το σημείο, υποδεικνύοντας την παρουσία ενός ογκώδους αλλά συμπαγούς αντικειμένου, πιθανότατα μιας μαύρης τρύπας — ένα φαινόμενο που είχε προβλεφθεί από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν.
Τον 21ο αιώνα, οι επιστήμονες εδραίωσαν αυτή την ιδέα παρακολουθώντας τις κινήσεις των άστρων, έρευνα που τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής 2020. Ένα αστέρι συγκεκριμένα, που ονομάζεται S2, έχει μια ελλειπτική τροχιά 16 ετών που οι επιστήμονες μπόρεσαν να παρακολουθήσουν στο σύνολό του, αποκτώντας μια σαφή (αν και έμμεση) άποψη της μαύρης τρύπας. «Έχει μια όμορφη τροχιά», δήλωσε ο Luciano Rezzolla, θεωρητικός αστροφυσικός στο Πανεπιστήμιο Goethe της Φρανκφούρτης στη Γερμανία και μέλος του διοικητικού συμβουλίου του EHT. "Είναι ένα δώρο που μας έχει κάνει η φύση."
Τώρα που είδαμε απευθείας αυτή τη μαύρη τρύπα, οι επιστήμονες θα διερευνήσουν τις περιπλοκές της και θα τη συγκρίνουν με το πολύ μεγαλύτερο αδερφάκι της μέσα στο M87. "Η μετάβαση από ένα δείγμα ενός σε δύο είναι ένα μεγάλο άλμα", είπε η Sarah Gallagher του Western University, μια αστροφυσικός που δεν ήταν μέρος της συνεργασίας EHT.
Και οι δύο παρατηρήσεις είναι ένδοξες από μόνες τους:όμορφα αποτελέσματα που είναι «μια επιβεβαίωση της επιστημονικής διαδικασίας», είπε ο Gallagher. Αλλά το να βλέπεις τον Τοξότη Α* είναι λίγο πιο ασυνήθιστο για πολλούς. Είναι ένα αντικείμενο που μας γοήτευε τόσο καιρό και τώρα, μπροστά στα μάτια μας, μας θαμπώνει με τον χορό του. «Αυτό είναι ένα ακόμη μεγαλύτερο τεχνικό επίτευγμα», είπε ο Blandford. «Αυτό είναι από κοντά και προσωπικά. Αυτό είναι το σπίτι μας."
Διόρθωση: 16 Μαΐου 2022
Η αρχική έκδοση αυτού του άρθρου περιέγραφε λανθασμένα το "face on". Σημαίνει ότι ο άξονας περιστροφής είναι λίγο-πολύ στραμμένος προς την κατεύθυνσή μας. Επιπλέον, το αρχικό γραφικό περιείχε λανθασμένους αριθμούς για τις ακτίνες των δύο μαύρων οπών. Η Quanta λυπάται για τα σφάλματα.
