Πρώτη εικόνα Μαύρης Τρύπας:Δεν φαίνεται να μετράει
Ο Ιταλός ζωγράφος του 14ου αιώνα, Τζιότο ντι Μποντόνε, όταν τον ζήτησε ο Πάπας να αποδείξει το ταλέντο του, λέγεται ότι κούνησε το χέρι του και σχεδίασε έναν τέλειο κύκλο. Αλλά η γεωμετρική τελειότητα περιορίζεται από το μέσο. Επιθεωρήστε έναν καμβά αρκετά προσεκτικά και κάθε κύκλος θα φαίνεται τελικά κοκκώδης. Αν αυτό που αναζητάτε είναι η τελειότητα, μην κοιτάτε την ανθρωπογενή τέχνη, κοιτάξτε τον ουρανό. Πιο συγκεκριμένα, κοιτάξτε μια μαύρη τρύπα.
Η εξέταση μιας μαύρης τρύπας είναι αυτό που έχει κάνει το τηλεσκόπιο Event Horizon τα τελευταία 12 χρόνια. Χθες, η συνεργασία κυκλοφόρησε τα πολυαναμενόμενα αποτελέσματα από την πρώτη της πλήρη προβολή τον Απρίλιο του 2017. Σε αντίθεση με την προσδοκία, η εναρκτήρια εικόνα τους δεν είναι, όπως πολλοί περίμεναν, το Sagittarius A*, τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του Γαλαξία. Αντίθετα, είναι η υπερμεγέθης μαύρη τρύπα στον ελλειπτικό γαλαξία Messier 87, περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός από εδώ. Αυτή η μαύρη τρύπα ζυγίζει 6,5 δισεκατομμύρια φορές τη μάζα του ήλιου μας και είναι σημαντικά μεγαλύτερη από τη μαύρη τρύπα στον δικό μας γαλαξία. Έτσι, παρόλο που η μαύρη τρύπα Messier-87 είναι χίλιες φορές πιο μακριά από τον Τοξότη Α*, εξακολουθεί να εμφανίζεται στο μισό μέγεθος στον ουρανό.
Το Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (EHT) δεν είναι λιγότερο αξιοσημείωτο από τα αντικείμενα που παρατηρεί. Με μια συνεργασία 200 ατόμων, το EHT δεν χρησιμοποιεί ένα μόνο τηλεσκόπιο, αλλά ένα παγκόσμιο δίκτυο εννέα τηλεσκοπίων. Οι τοποθεσίες της, από τη Γροιλανδία μέχρι το Νότιο Πόλο και από τη Χαβάη έως τις Γαλλικές Άλπεις, λειτουργούν σε συνεννόηση ως ένα. Μαζί, η συνεργασία δίνει εντολή σε ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος του πλανήτη Γη, κοιτάζοντας ένα μικροσκοπικό κομμάτι στον βόρειο ουρανό που περιέχει τη μαύρη τρύπα Messier-87.
Θεωρητικά, οι μαύρες τρύπες είναι περιοχές του διαστήματος όπου η βαρυτική έλξη είναι τόσο μεγάλη που τα πάντα, συμπεριλαμβανομένου του φωτός, παγιδεύονται για την αιωνιότητα. Η επιφάνεια της περιοχής παγίδευσης ονομάζεται «ορίζοντας γεγονότων». Δεν έχει ουσία? είναι ιδιότητα του ίδιου του χώρου. Στην απλούστερη περίπτωση, ο ορίζοντας γεγονότων είναι μια σφαίρα—μια τέλεια σφαίρα, φτιαγμένη από τίποτα.
Στην πραγματικότητα, είναι περίπλοκο. Οι αστροφυσικοί είχαν αποδείξεις για την ύπαρξη μαύρων οπών από τη δεκαετία του 1990, αλλά μέχρι στιγμής όλες οι παρατηρήσεις ήταν έμμεσες - συνάγονται από την κίνηση ορατών αστεριών και αερίων, αφήνοντας αμφιβολίες για το αν το σκοτεινό αντικείμενο κατέχει πραγματικά τον καθοριστικό ορίζοντα γεγονότων. Αποδείχθηκε δύσκολο να δει κανείς μια μαύρη τρύπα. Το πρόβλημα είναι ότι είναι μαύρα. Παγιδεύουν το φως. Και ενώ ο Stephen Hawking απέδειξε ότι οι μαύρες τρύπες πρέπει να εκπέμπουν ακτινοβολία λόγω των κβαντικών επιδράσεων, αυτή η κβαντική λάμψη είναι πολύ αδύναμη για να παρατηρηθεί.
Αλλά όπως και οι κρατούμενοι στη σπηλιά του Πλάτωνα, μπορούμε να δούμε μαύρες τρύπες παρατηρώντας τις σκιές που ρίχνουν. Οι μαύρες τρύπες προσελκύουν αέριο από το περιβάλλον τους. Αυτό το αέριο συλλέγεται σε έναν περιστρεφόμενο δίσκο και θερμαίνεται καθώς κινείται σπειροειδώς στον ορίζοντα γεγονότων, σπρώχνοντας γύρω από ηλεκτρικά φορτία. Αυτό δημιουργεί ισχυρά μαγνητικά πεδία που μπορούν να δημιουργήσουν έναν «πίδακα», ένα στενό, κατευθυνόμενο ρεύμα σωματιδίων που φεύγει από τη μαύρη τρύπα σχεδόν με την ταχύτητα του φωτός. Αλλά ό,τι ξεφεύγει πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων πέφτει και εξαφανίζεται χωρίς ίχνος.
Ταυτόχρονα, οι μαύρες τρύπες λυγίζουν τις ακτίνες φωτός, τις λυγίζουν τόσο δυνατά, πράγματι, που κοιτάζοντας το μπροστινό μέρος μιας μαύρης τρύπας, μπορούμε να δούμε μέρος του δίσκου πίσω της. Το φως που μόλις καταφέρνει να ξεφύγει αποκαλύπτει τι συμβαίνει κοντά στον ορίζοντα. Είναι μια ασύμμετρη εικόνα που περιμένουν οι αστροφυσικοί, πιο φωτεινή στην πλευρά της μαύρης τρύπας όπου το υλικό που την περιβάλλει κινείται προς το μέρος μας και πιο σκοτεινή όπου απομακρύνεται από εμάς. Το ζεστό αέριο σε συνδυασμό με τον βαρυτικό φακό δημιουργεί τη μοναδική παρατηρήσιμη υπογραφή που προσέχει το EHT.
Η πειραματική πρόκληση είναι τρομερή. Τα τηλεσκόπια του δικτύου πρέπει να συγχρονίζουν τη λήψη δεδομένων χρησιμοποιώντας ατομικά ρολόγια. Οι καιρικές συνθήκες πρέπει να είναι ευνοϊκές σε όλες τις τοποθεσίες ταυτόχρονα. Μόλις καταγραφεί, ο όγκος των δεδομένων είναι τόσο εκπληκτικά μεγάλος, που πρέπει να αποσταλεί σε σκληρό δίσκο σε μια κεντρική τοποθεσία για επεξεργασία.
Οι θεωρητικές προκλήσεις δεν είναι λιγότερες. Οι μαύρες τρύπες κάμπτουν το φως τόσο πολύ που μπορεί να τυλιχτεί γύρω από τον ορίζοντα πολλές φορές. Η εικόνα που προκύπτει είναι πολύ περίπλοκη για να αποτυπωθεί σε απλές εξισώσεις. Αν και τα μαθηματικά ήταν γνωστά από τη δεκαετία του 1920, μόλις το 1978 οι φυσικοί είχαν μια πρώτη γεύση για το πώς θα έμοιαζε στην πραγματικότητα μια μαύρη τρύπα. Εκείνο το έτος, ο Γάλλος αστροφυσικός Jean-Pierre Luminet προγραμμάτισε τον υπολογισμό σε ένα IBM 7040 χρησιμοποιώντας punchcards. Σχεδίασε την εικόνα με το χέρι.
Σήμερα, οι αστροφυσικοί χρησιμοποιούν υπολογιστές πολλές φορές πιο ισχυρούς για να προβλέψουν τη συσσώρευση αερίου στη μαύρη τρύπα και πώς το φως κάμπτεται πριν φτάσει σε εμάς. Ωστόσο, η εν μέρει τυρβώδης κίνηση του αερίου, τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία που δημιουργούνται από αυτό και οι περιπλοκές των αλληλεπιδράσεων του σωματιδίου δεν είναι πλήρως κατανοητές.
Οι παρατηρήσεις του EHT συμφωνούν με τις προσδοκίες. Αλλά αυτό το αποτέλεσμα είναι κάτι περισσότερο από έναν ακόμη θρίαμβο της θεωρίας της γενικής σχετικότητας του Αϊνστάιν. Είναι επίσης ένας θρίαμβος της επινοητικότητας των αστρονόμων. Ένωσαν τα χέρια και το μυαλό για να πετύχουν αυτό που δεν θα μπορούσαν να έχουν κάνει χωριστά. Και ενώ η μέτρησή τους λύνει ένα μακροχρόνιο ερώτημα - ναι, οι μαύρες τρύπες έχουν πραγματικά ορίζοντες γεγονότων! - είναι επίσης η αρχή για περαιτέρω εξερεύνηση. Οι φυσικοί ελπίζουν ότι οι παρατηρήσεις θα τους βοηθήσουν να κατανοήσουν καλύτερα τις ακραίες συνθήκες στον δίσκο προσαύξησης, τον ρόλο των μαγνητικών πεδίων στο σχηματισμό πίδακα και τον τρόπο με τον οποίο οι υπερμεγέθεις μαύρες τρύπες επηρεάζουν το σχηματισμό των γαλαξιών.
Όταν ο Πάπας έλαβε τον κύκλο του Τζιότο, δεν ήταν η ίδια η εικόνα που τον εντυπωσίασε. Ήταν η αναφορά του αυλικού ότι ο καλλιτέχνης το παρήγαγε χωρίς τη βοήθεια πυξίδας. Αυτή η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας, επίσης, είναι αξιοσημείωτη όχι τόσο για την εμφάνισή της, αλλά για την προέλευσή της. Μια μαύρη σφαίρα, που εκτείνεται σε 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα, σχεδιασμένη σε φόντο καυτού αερίου από τον μεγαλύτερο καλλιτέχνη όλων:την ίδια τη φύση.
Η Sabine Hossenfelder είναι ερευνήτρια στο Ινστιτούτο Προηγμένων Σπουδών της Φρανκφούρτης όπου εργάζεται στη φυσική πέρα από το τυπικό μοντέλο, τη φαινομενολογική κβαντική βαρύτητα και τις τροποποιήσεις της γενικής σχετικότητας. Αν θέλετε να μάθετε περισσότερα για το τι πάει στραβά με τα θεμέλια της φυσικής, διαβάστε το βιβλίο της Lost in Math:How Beauty Leads Physics Aways.
ΠΡΟΣΟΧΗ:Γιατί οι μαύρες τρύπες γοητεύουν το κοινό.
