Чорная дзірка ў цэнтры нашага Млечнага Шляху, змадэляваная тут, - самая вялікая з пункту гледжання Зямлі. Тэлескоп

Навуковы прарыў года 2019 года пакажа нам гарызонт падзей чорнай дзіркі

Гэта будзе самае экстрэмальнае выпрабаванне ААН Эйнштэйна. І мы ўжо маем дадзеныя.

З кожным годам, агульны аб'ём ведаў, якія назапашвае чалавецтва, толькі расце і расце. У пачатку 2015 года чалавецтва ніколі не выявіла гравітацыйнай хвалі; У цяперашні час мы выявілі 11, і цалкам чакаем, што знойдзем яшчэ сотні ў 2019 годзе. У пачатку 1990-х мы не ведалі, ці ёсць планеты па-за нашай Сонечнай сістэмы; сёння ў нас ёсць тысячы, некаторыя з якіх амаль досыць добрыя, каб лічыцца зямным.

Мы знайшлі ўсе часціцы ў стандартнай мадэлі; мы выявілі, што Сусвет не толькі пашыраецца, але і паскараецца; мы вызначылі, колькі галактык знаходзіцца ў Сусвеце. Але ў наступным годзе павінна адбыцца нешта новае і беспрэцэдэнтнае: мы ўпершыню будзем выяўляць гарызонт падзей чорнай дзіры. Дадзеныя ўжо ў руцэ; астатняе - толькі пытанне часу.

Чорныя дзіркі даволі лёгка выявіць, як толькі даведаецеся, што шукаеце. Гэта можа здацца супрацьдзеяннем, таму што яны не выпраменьваюць уласнага святла, але ў іх ёсць тры верныя подпісы, якія дазваляюць нам ведаць, што яны там.

  1. Чорныя дзіркі ствараюць велізарную колькасць гравітацыі - скажэнне / скрыўленне прасторы - у вельмі малым аб'ёме прасторы. Калі мы можам назіраць гравітацыйныя эфекты вялікай, кампактнай масы, мы можам зрабіць выснову пра наяўнасць чорнай дзіркі і патэнцыйна вымераць яе масу.
  2. Чорныя дзіркі моцна ўплываюць на навакольнае асяроддзе, якое іх атачае. Любая справа, што знаходзіцца побач, будзе не толькі адчуваць моцныя прыліўныя сілы, але паскорыць і нагрэцца, прымушаючы яе выпраменьваць па-за межамі гарызонту падзей. Калі мы выявім гэтае выпраменьванне, мы зможам аднавіць уласцівасці яго аб'екта, які часта тлумачыцца толькі чорнай дзіркай.
  3. Чорныя дзіркі могуць натхняцца і злівацца, прымушаючы іх на кароткі прамежак часу выпраменьваць выяўленыя гравітацыйныя хвалі. Гэта можна выявіць толькі з дапамогай новай навукі гравітацыйнай хвалі астраноміі.
Самы аддалены рэнтгенаўскі струмень у Сусвеце, ад квазара ГБ 1428, прыблізна такі ж адлегласць і ўзрост, што і з Зямлі, як квазар S5 0014 + 81, дзе знаходзіцца, магчыма, самая вялікая ў свеце Сусветная чорная дзірка. Лічыцца, што гэтыя далёкія гегемоты актывуюцца зліццём ці іншым гравітацыйным узаемадзеяннем, але шанец рашэння

Тэлескоп "Гарызонт падзей", аднак, накіраваны на крок далей, чым любы з гэтых метадаў. Замест таго, каб праводзіць вымярэнні, якія дазваляюць нам высвятляць ўласцівасці чорнай дзіркі ўскосна, ён ідзе прама ў аснову справы і плануе непасрэдна выявіць гарызонт падзей чорнай дзіркі.

Метад гэтага просты і просты, але з недалёкага нядаўняга часу з тэхналагічнай пункту гледжання гэта было немагчыма. Прычына - гэта спалучэнне двух важных фактараў, якія звычайна ідуць рука аб руку ў астраноміі: дазвол і збор святла.

Паколькі чорныя дзіркі - гэта такія кампактныя аб'екты, мы павінны ісці да незвычайна высокага дазволу. Але паколькі мы шукаем не само святло, а адсутнасць святла, нам трэба вельмі ўважліва збіраць вялікую колькасць святла, каб вызначыць, дзе сапраўды ляжыць цень гарызонту падзей.

Арыентацыя аккреционного дыска як асабовая (дзве левыя панэлі) альбо крайная (дзве правыя) можа ў значнай ступені змяніць тое, як нам уяўляецца чорная дзірка. (

Умоўна тэлескоп з лепшым дазволам і тэлескоп з большай магутнасцю збору святла павінен быць такім жа тэлескопам. Дазвол вашага тэлескопа вызначаецца колькасцю даўжынь хвалі святла, якія ўпісваюцца ў посуд вашага тэлескопа, таму вялікія тэлескопы маюць больш высокае дазвол.

Такім жа чынам колькасць святла, якое вы можаце сабраць, вызначаецца плошчай вашага тэлескопа. Любыя фатоны, якія трапляюць у тэлескоп, будуць сабраны, таму чым большая плошча вашага тэлескопа, тым больш магутнасці для збору святла ў вас.

Прычынай, якая выклікала абмежаванне з'яўляецца тэхналогіяй, з'яўляецца дазвол. Памер, які выглядае ў чорнай дзірцы, прапарцыйны яе масе, але адваротна прапарцыйны яе адлегласці ад нас. Каб убачыць самую вялікую чорную дзірку з нашага пункту гледжання - Стральца А *, той, які знаходзіцца ў цэнтры Млечнага Шляху, - неабходны тэлескоп прыблізна памеру планеты Зямля.

Паблізу звышмасіўнай чорнай дзіркі ў ядры Млечнага Шляху былі выяўленыя вялікія зоркі. У дадатак да гэтых зорак і газу і пылу, якія мы знаходзім, мы мяркуем, што на працягу некалькіх светлавых гадоў Стральца А * будзе дасягнута 10 000 чорных дзір за некалькі светлавых гадоў, але выяўленне іх выявілася нязменным да пачатку 2018 года. Вырашэнне цэнтральнай чорнай дзіры гэта задача, да якой можа падысці толькі тэлескоп

Відавочна, што ў нас няма рэсурсаў, здольных стварыць такую ​​прыладу! Але ў нас ёсць наступнае самае лепшае: магчымасць пабудовы масіва тэлескопаў. Калі ў вас ёсць масіў тэлескопаў, вы атрымліваеце толькі магутнасць збору святла ў асобных тэлескопах, падведзеных разам. Але дазвол, калі ўсё зроблена правільна, дазволіць вам разглядаць аб'екты так жа добра, як і адлегласць паміж самымі далёкімі тэлескопамі.

Іншымі словамі, збор святла сапраўды абмежаваны памерамі тэлескопа. Але дазвол, калі мы выкарыстоўваем методыку інтэрферометры доўгага ўзроўню (альбо яе стрыечнага брата, вельмі інтэрферометрію з доўгай базай), можна значна палепшыць, выкарыстоўваючы масіў тэлескопаў з вялікай колькасцю прасторы паміж імі.

Выгляд розных тэлескопаў, якія спрыяюць магчымасцям візуалізацыі тэлескопа

Тэлескоп "Гарызонт" - гэта сетка 15–20 тэлескопаў, размешчаных на розных кантынентах Зямлі: ад Паўднёвага полюса да Еўропы, Паўднёвай Амерыкі, Афрыкі, Паўночнай Амерыкі, Аўстраліі і шэрагу астравоў у Ціхім акіяне. У цэлым, да 12 000 кіламетраў аддзяляюць самыя далёкія тэлескопы, якія ўваходзяць у масіў.

Гэта выліваецца ў дазвол памерам 15 мікраарсекунд (мкАс), і вось як малая муха з'явілася б нам тут, на Зямлі, калі б яна знаходзілася ў 400 000 кіламетрах: на Месяцы.

Другая па велічыні чорная дзірка, якую відаць з Зямлі, тая ў цэнтры галактыкі М87, паказана на трох відах. Нягледзячы на ​​масу ў 6,6 мільярда сонцаў, гэта больш чым у 2000 разоў далей, чым Стралец A *. Ён можа і не можа быць дазволены EHT, але калі Сусвет будзе добрай, мы атрымаем вобраз. (ТОЛЕСКОП ТОП-ЭКСПЛУАТЫЧНЫ, СПАСІБНЫ ПРАСТАЎНІК / НАСА / WIKISKY; МАЛЬШ ЛЕВА, РАДІА, НРАО / ДАЛЬНЫЯ ВЯЛІКІ ВЫРАБЫ (VLA); НЯСНІЯ ПРАЎДЫ, X-RAY, NASA / CHANDRA X-RAY TELESCOPE)

Вядома, на Месяцы не можа быць мух, але ў Сусвеце ёсць чорныя дзіркі з вуглавымі памерамі, якія перавышаюць 15 мкс. На самай справе іх два: Стралец A * у цэнтры Млечнага Шляху і Чорная дзірка ў цэнтры M87. Чорная дзірка ў цэнтры M87 знаходзіцца каля 50–60 мільёнаў светлавых гадоў, але праходзіць звыш 6 мільярдаў сонечных мас, што робіць яе больш чым у 1000 разоў больш, чым гіганцкая чорная дзірка нашай галактыкі.

Тэлескоп "Гарызонт падзей" працуе, прымаючы гэты велізарны шэраг радыётэлескопаў і адначасова назіраючы за гэтымі чорнымі дзіркамі, што дазваляе нам рэканструяваць малюнак ультравысокага дазволу, што б мы ні глядзелі, пакуль сабрана дастаткова святла, каб яго ўбачыць. . Гэтая канцэпцыя была прадэманстравана раней у розных абсерваторыях, такіх як Вялікі бінакулярны тэлескоп, які здолеў выявіць вывяржэнне вулканаў на Месяцы Юпітэра, штат Іа, у той час як яно зацьмілася яшчэ адной лунай Юпітэра!

Акультацыя Месяца Юпітэра, Іа, з вывяржэннем вулканаў Локі і Пеле, акуль закінутая Еўропай, што на гэтым інфрачырвоным малюнку нябачна. GMT забяспечыць значна пашыранае дазвол і малюнак. (LBTO)

Ключ да працы тэлескопа "Гарызонт падзей" у тым, каб пераканацца, што мы сабралі дастаткова святла, каб убачыць цень, адкінутую гарызонтам падзей чорнай дзіркі, паспяхова выяўляючы святло, якое паступае вакол яго і ззаду. Памятайце, што чорныя дзіркі паскараюць матэрыю, і паскарэнне зараджаных часціц стварае магнітныя палі, а калі зараджаныя часціцы паскараюцца пры наяўнасці магнітных палёў - выпраменьванне.

Самы бяспечны варыянт - паглядзець у радыёчастоце, якая з'яўляецца самай нізкай энергіяй. Чакаецца, што ўсе чорныя дзіркі, якія паскараюць матэрыю, выпраменьваюць радыёхвалі, і мы бачылі іх як з цэнтра нашага Млечнага Шляху, так і з цэнтра M87. Розніца заключаецца ў тым, што ў гэтых новых, высокіх дазволах мы павінны мець магчымасць выявіць "пустэчу" там, дзе ляжыць сам гарызонт падзей.

Вялікі міліметр / субміліметрычны масіў Atacama, сфатаграфаваны з магеланавымі аблокамі над галавой. Вялікая колькасць страў, блізкіх адзін да аднаго, з'яўляецца часткай ALMA, дапамагае стварыць мноства найбольш падрабязных малюнкаў у рэгіёнах, у той час як меншая колькасць больш аддаленых страў дапамагае згуртаваць дэталі ў самых яркіх месцах. (ESO / C. MALIN)

Тэхналагічная рэвалюцыя, якая павінна дазволіць пабудаваць гэтыя выявы, з'яўляецца ALMA *: масіва вялікага міліметра / субміліметра Atacama. Неверагодная сетка з 66 радыётэлескопаў, якія самі па сабе велізарныя (гл. Вышэй), вымяраюць гэтае доўгахвалевае святло, каб выявіць астранамічныя дэталі, як ніколі. Ужо ALMA паказала нам выявы пыльных дыскаў вакол нядаўна якія ўтвараюцца зорак, якія сведчаць пра дзіцячыя планеты (у выглядзе дыскаў, якія нагадваюць кольцы). ALMA можа выяўляць звышдалёкія галактыкі вышэй, чым тое, што можа выявіць нават Хабл, і выявіў малекулярныя подпісы газу і ўнутраныя кручэння.

Але, магчыма, яе самым вялікім навуковым падарункам стане ўся інфармацыя, якую ён збірае ад святла, навакольнага гэтыя звышмасіўныя чорныя дзіркі. Запісваць дастаткова (і правільныя віды) дадзеных дастаткова хутка, а потым аб'яднаць іх з дастатковай вылічальнай сілай для іх аналізу, толькі зараз, упершыню, магчыма.

Дзве з магчымых мадэляў, якія дагэтуль могуць паспяхова змяніць дадзеныя тэлескопа

Дык што ж прынясе 2019 год, калі ўсе 27 петабайтаў (з усіх розных абсерваторый, якія праглядаюць гэтыя чорныя дзіркі), будуць сабраныя ў поўным аб'ёме? Ці з'явіцца гарызонт падзей, як прагназуе Агульная адноснасць? Праверце некаторыя неверагодныя рэчы:

  • ці мае чорную дзірку патрэбны памер, як гэта прадказвала Агульная адноснасць,
  • ці кругагляд (па прагнозах) кругагляд падзей, альбо замест гэтага пралангаваны,
  • ці пашырыцца радыяцыйная эмісія далей, чым мы думалі,
  • ці ёсць нейкія іншыя адхіленні ад чаканага паводзін.
Пяць розных мадэляванняў у агульнай адноснасці з выкарыстаннем магнітагідрадынамічнай мадэлі аккреционного дыска чорнай дзіры і таго, як будзе выглядаць радыёсігнал у выніку. Звярніце ўвагу на выразны подпіс гарызонту падзей ва ўсіх чаканых выніках. (GRMHD-МОДЕЛАЦЫІ ВЫБАРАВАННЯ ВІДАЛЬНАСЦІ ВАРІАБІЛЬНАСЦІ ДЛЯ ПАДЗЕІ ХАРІЗОННЫХ ТЕЛЭСКОПАЎ ВЫПУСК SGR A *, L. MEDEIROS ET AL., ARXIV: 1601.06799)

Хоць каманда тэлескопа "Гарызонт падзей" выявіла структуру вакол чорнай дзіркі ў цэнтры нашай галактыкі, мы ўсё яшчэ не маем прамога малюнка. Гэта патрабуе разумення нашай атмасферы і зменаў, якія адбываюцца ў ёй, аб'яднання дадзеных і напісанне новых алгарытмаў для сумеснай апрацоўкі. Гэта незавершаная праца, але першая палова 2019 года павінна прыйсці фінальныя, першыя выявы. Некаторыя з нас спадзяваліся на малюнкі ў гэтым годзе ці нават у мінулым годзе, але самае галоўнае, каб мы знайшлі час і клопат, каб усё было правільна.

Калі гэтыя выявы нарэшце пачнуць з'яўляцца, больш не будзе сумненняў у тым, ці існуюць чорныя дзіркі і ці існуюць яны са ўласцівасцямі, якія прагназуе найвялікшая тэорыя Эйнштэйна. 2019 год стане гарызонтам падзей, і ўпершыню за ўсю гісторыю мы нарэшце даведаемся, наадварот, як яны выглядаюць.

* - Поўнае раскрыццё інфармацыі: аўтар будзе весці экскурсію ў Чылі з абмежаваным прасторай, якая ўключае наведванне ALMA, масіва тэлескопа, які дапаможа сабраць дадзеныя для гэтага малюнка ў лістападзе 2019 года. знешняя кампенсацыя за гэты кавалак.

Цяпер пачынаецца з выбуху на Forbes, і апублікаваны на Medium дзякуючы нашым прыхільнікам Patreon. Этан з'яўляецца аўтарам дзвюх кніг "За межамі Галактыкі" і "Трэкнологія: Навука пра зорны шлях" ад трыкутнікаў да "драйву".