O rețea internațională de radiotelescoape a produs prima imagine de primă oră a umbrei unei găuri negre, pe care oamenii de știință au dezvăluit-o în această dimineață (10 aprilie). Colaborarea, numită Telescopul Orizontului Evenimentului, a confirmat zeci de ani de predicții despre cum se va comporta lumina în jurul acestor obiecte întunecate și a creat scena pentru o nouă eră a astronomiei cu găuri negre.
„De la o scară de la zero până la uimitor, a fost uimitor”, a spus Erin Bonning, un astrofizician și cercetător cu găuri negre la Universitatea Emory, care nu a fost implicat în efortul imagistic.
"Asta a spus, a fost ceea ce mă așteptam", a spus ea pentru Live Science.
Anunțul, preluat cu aproximativ o săptămână și jumătate în avans, a reușit să fie atât incredibil de interesant și aproape complet lipsit de detalii surprinzătoare sau fizică nouă. Fizica nu s-a descompus. Nu au fost descoperite trăsături neașteptate ale găurilor negre. Imaginea în sine a fost aproape o potrivire perfectă pentru ilustrațiile găurilor negre cu care suntem obișnuiți să vedem în știință și cultura pop. Marea diferență este că este o problemă foarte neclară.
Cu toate acestea, au fost câteva întrebări importante legate de găurile negre care au rămas nesoluționate, a spus Bonning.
Cum produc găurile negre enormele lor jeturi de materie fierbinte și rapidă?
Toate găurile negre supermasive au capacitatea de a mesteca materia din apropiere, de a absorbi cea mai mare parte dincolo de orizonturile lor de evenimente și de a scuipă restul în spațiu la viteză aproape de lumină, în turnurile arzătoare astrofizicienii numesc „jeturi relativiste”.
Și gaura neagră din centrul Fecioarei A (numită și Messier 87) este cunoscută pentru jeturile sale impresionante, pulverizarea materiei și radiațiile pe tot spațiul. Jeturile sale relativiste sunt atât de imense încât pot scăpa complet de galaxia înconjurătoare.
Și fizicienii știu loviturile largi ale modului în care se întâmplă acest lucru: materialul accelerează până la viteze extreme pe măsură ce cade în gravitația găurii negre, apoi o parte din acesta scapă păstrând inerția. Dar oamenii de știință nu sunt de acord cu detaliile modului în care se întâmplă acest lucru. Această imagine și lucrările asociate nu oferă încă detalii.
Într-adevăr, a spus Bonning, va fi o legătură cu observațiile Telescopului Orizonturilor de Evenimente - care acoperă o cantitate destul de mică de spațiu - cu imaginile mult mai mari ale jeturilor relativiste.
În timp ce fizicienii nu au încă răspunsuri, a spus ea, există șanse mari să vină în curând - mai ales după ce colaborarea va produce imagini cu cea de-a doua țintă a ei: gaura neagră super-masivă Săgetătorul A * din centrul propriei noastre galaxii, care nu produce jeturi precum Virgo A. Compararea celor două imagini, a spus ea, ar putea oferi o anumită claritate.
Cum se potrivesc relativitatea generală și mecanica cuantică?
Ori de câte ori fizicienii se reunesc pentru a vorbi despre o nouă descoperire cu adevărat interesantă, vă puteți aștepta să auziți pe cineva care sugerează că ar putea ajuta la explicarea „gravitației cuantice”.
Asta pentru că gravitația cuantică este marea necunoscută în fizică. Timp de aproximativ un secol, fizicienii au lucrat folosind două seturi de reguli diferite: relativitatea generală, care acoperă lucruri foarte mari precum gravitația și mecanica cuantică, care acoperă lucruri foarte mici. Problema este că acele două manuale sunt în contradicție directă între ele. Mecanica cuantică nu poate explica gravitația și relativitatea nu poate explica comportamentul cuantic.
Într-o zi, fizicienii speră să le lege pe cele două într-o teorie unificată, implicând probabil un fel de gravitate cuantică.
Și înainte de anunțul de astăzi, s-a făcut speculația că ar putea include o descoperire în această privință. (Dacă predicțiile relativității generale nu ar fi fost redate în imagine, asta ar fi avansat mingea.) În timpul unui briefing de la National Science Foundation, Avery Broderick, fizician la Universitatea din Waterloo din Canada și colaborator în cadrul proiectului, au sugerat că ar putea veni aceste tipuri de răspunsuri.
Dar Bonning era sceptic față de această afirmație. Această imagine nu a surprins în totalitate dintr-o perspectivă relativă generală, așa că nu a oferit nici o fizică nouă care să poată închide decalajul dintre cele două câmpuri, a spus Bonning.
Cu toate acestea, nu este o nebunie ca oamenii să spere la răspunsuri din acest fel de observații, a spus ea, deoarece marginea umbrei unei găuri negre aduce forțe relativiste în spații minime, cuantice.
"Ne-am astepta sa vedem gravitatia cuantica foarte, foarte aproape de orizontul evenimentului sau foarte, foarte devreme in universul timpuriu", a spus ea.
Dar, la rezolvarea încă încețoșată a Telescopului Orizonturilor de Evenimente, a spus ea, nu este probabil să găsim aceste tipuri de efecte, chiar și în cazul actualizărilor planificate primite.
Au fost teoriile lui Stephen Hawking la fel de corecte ca cele ale lui Einstein?
Cea mai mare contribuție a fizicului Stephen Hawking la fizică a fost ideea „radiației Hawking” - că găurile negre nu sunt de fapt negre, ci emit cantități mici de radiații în timp. Rezultatul a fost extrem de important, deoarece a arătat că, odată ce o gaură neagră nu va mai crește, va începe să se reducă foarte lent de pierderea de energie.
Dar Telescopul Orizonturilor Evenimentului nu a confirmat sau a negat această teorie, a spus Bonning, nu că nimeni se aștepta să o facă.
A spus ea, găuri negre uriașe ca cea din Fecioara A, emit doar cantități minime de radiații Hawking în comparație cu dimensiunea lor totală. În timp ce instrumentele noastre cele mai avansate pot acum să detecteze luminile strălucitoare ale orizontului lor de evenimente, nu prea există șanse ca acestea să nu mai stingă vreodată strălucirea ultra-slabă a suprafeței unei găuri negre supermasive.
Ea a spus, probabil, rezultatele cele mai minuscule găuri negre - obiecte teoretice, de scurtă durată, atât de mici încât s-ar putea să-ți înveți întregul orizont de eveniment în mână. Cu posibilitatea de observații strânse și cu mult mai multă radiație disponibilă comparativ cu dimensiunea lor totală, oamenii ar putea în cele din urmă să-și dea seama cum să producă sau să găsească una și să îi detecteze radiația.
Deci, ce am învățat de fapt din această imagine?
În primul rând, fizicienii au aflat că Einstein avea dreptate, încă o dată. Marginea umbrei, în măsura în care Telescopul Orizonturilor de Evenimente, este un cerc perfect, așa cum au prezis fizicienii din secolul XX care lucrează cu ecuațiile relativității generale ale lui Einstein.
"Nu cred că cineva ar trebui să fie surprins când va trece încă un test de relativitate generală", a spus Bonning. „Dacă ar fi mers pe scenă și ar fi spus că relativitatea generală s-a rupt, aș fi căzut de pe scaunul meu”.
Rezultatul cu implicații mai imediate și practice, a spus ea, a fost că imaginea le-a permis oamenilor de știință să măsoare cu exactitate masa acestei găuri negre supermasive, care se află la 55 de milioane de ani-lumină distanță în centrul galaxiei Fecioarei A. Este de 6,5 miliarde de ori mai masiv decât soarele nostru.
Aceasta este o afacere mare, a spus Bonning, pentru că ar putea schimba modul în care fizicienii cântăresc găurile negre supermasive din inimile altor galaxii mai îndepărtate sau mai mici.
Momentan, fizicienii au o măsurare destul de precisă a masei găurii negre supermasive din inima Căii Lactee, a spus Bonning, pentru că pot observa cum gravitația sa mișcă stele individuale în vecinătatea sa.
Dar în alte galaxii, telescoapele noastre nu pot vedea mișcările stelelor individuale, a spus ea. Așadar, fizicienii sunt blocați cu măsurători mai dure: modul în care masa găurii negre influențează lumina provenind de la diferite straturi de stele din galaxie sau cum masa acesteia influențează lumina provenind din diferite straturi de gaz plutitor liber din galaxie.
Dar aceste calcule sunt imperfecte, a spus ea.
"Trebuie să modelezi un sistem foarte complex", a spus ea.
Și cele două metode sfârșesc producând rezultate oarecum diferite în fiecare fizică de galaxie observă. Dar cel puțin pentru gaura neagră din Fecioara A, știm acum că o metodă este corectă.
"Determinarea noastră de 6,5 miliarde de mase solare sfârșește ateriza chiar deasupra celei mai grele determinări de masă din", a declarat Sera Markoff, astrofizician de la Universitatea din Amsterdam și colaborator la proiect în cadrul știrilor de știri.
Aceasta nu înseamnă că fizicienii se vor muta cu ridicata la această abordare pentru măsurarea maselor cu găuri negre, a spus Bonning. Dar oferă un punct de date important pentru rafinarea viitoarelor calcule.
