הנה איך נראים התמונות הראשונות מאופק האירוע

Send

האובייקט הגדול ביותר בשמי הלילה שלנו - ללא ספק! - אינו נראה לנו. האובייקט הוא החור השחור-סופר מאסיבי (SMBH) במרכז הגלקסיה של שביל החלב שלנו, שנקרא מזל קשת A. אך בקרוב אולי נראה לנו דימוי של אופק האירועים של מזל קשת A. ותמונה זו עשויה להוות אתגר לתיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין.

איש לא ראה מעולם אופק אירועים של חור שחור. משיכת הכבידה האינטנסיבית מונעת מכל דבר, אפילו אור, לברוח. אופק האירועים הוא נקודת האל חזור. לא משנה, שום אור ושום מידע לא יכול לברוח. אבל אנו עשויים להיות קרובים להשגת תמונה של אופק האירועים של מזל קשת A, בזכות הטלסקופ Event Horizon (EHT).

ה- EHT הוא שיתוף פעולה בינלאומי שנועד לחקור את הסביבה הקרובה של חור שחור. זה לא טלסקופ אחד, אלא מערכת מקוונת של טלסקופים רדיו ברחבי העולם שכולם עובדים יחד באמצעות אינטרפרומטריה. על ידי מדידת האנרגיה האלקטרומגנטית מהאזור המקיף את החור השחור עם צלחות רדיו מרובות במקומות מרובים, ניתן לגזור חלק מתכונות המקור.

חוקרים עם ה- EHT מקווים שהתצפיות שלהם בסופו של דבר יספקו תמונות של ההשפעות הכבידתיות העזה שאנו מצפים לראות ליד החור השחור. הם גם מקווים לגלות חלק מהדינמיקה בעבודה ליד החור כאשר החומר המקיף בדיסק ההקרדה מגיע למהירות יחסית.

פרויקט EHT אסף נתונים על מזל קשת A ועל חור שחור נוסף אחד בשם M87 במרכז גלקסיית מזל בתולה A, במשך תקופה של ארבע שנים. אותן ארבע שנים הסתיימו באפריל 2017, אך צוותם של 200 מדענים ומהנדסים עדיין מנתח את הנתונים. בינתיים, הקבוצה פרסמה תמונות מודלים ממוחשבים של מה שהם מקווים לראות.

התמונה אולי לא נראית כמו הרבה, אבל היא משמעותית. זה המקביל לקריאת כותרת בעיתון על הירח בזמן שעמד על כדור הארץ. התמונה עשויה לעזור לנו לענות על כמה שאלות מבלבלות בנוגע לחורים שחורים:

איזה תפקיד מילאו חורים שחורים ביצירת גלקסיות?
איך נראים אור וחומר כשהם נופלים לעבר חור שחור?
מהם זרמי האנרגיה הירי מתוך חורים שחורים עשויים?

יש גם סיכוי שהתמונה ש- EHT מייצרת של מזל קשת A, פירושה שתאוריית היחסות הכללית של איינשטיין תצטרך לעדכן. (אם כי בדרך כלל זה רעיון רע להמר נגד איינשטיין.)

חורים שחורים ואופק האירועים

חורים שחורים הם בעצם גוויית כוכב. כשכוכב מסיבי מאוד שורף את כל הדלק שלו, הוא מתמוטט לנקודה צפופה במיוחד, או ייחודיות. לחור השחור יש משיכה כבידה חזקה להפליא, שמושכת אליו גז ואבק לכיוונו. אחת ל -10,000 שנה לערך, קשת א 'אפילו צורכת כוכב.

אופק האירועים הוא כמו מעטפת סביב החור השחור. ברגע שכל עניין - או אפילו אור - מגיע לאופק האירועים, המשחק נגמר. החור השחור גדל בגודלו כשהוא צורך חומר, ואופק האירועים מתרחב גם הוא.

מזל קשת A, החור השחור-סופר מאסיבי שלנו (SMBH), הוא עצום. יש מסה גדולה פי 4 מיליון מהשמש. אבל למרות זאת, זה לא כל כך גדול בהשוואה לזה של SMBH אחרים. ה- SMBH האחר בפרויקט EHT גדול בהרבה, עם מסה של פי 7 מיליארד מזה של השמש.

ה- EHT יפיק תמונה של אופק האירועים על ידי לימוד האזור סביב החור השחור. משהו קורה לחומר כשהוא נופל לתוך החור השחור. זה יוצר דיסק הבטחה של סחרור של גז ואבק שבאופן בסיסי הוא בתבנית אחיזה עד שהוא נשאב לתוך החור. חומר זה מאיץ עד למהירויות יחסיות, שפירושו קרוב למהירות האור. כשזה קורה, החומר מחומם-על, והוא פולט אנרגיה.

אך החור השחור הוא כה חזק בכבידה, עד שהוא מכופף את האור בתופעה המכונה עדשת כבידה. עדשה זו יוצרת אזור אפל שנקרא צל החור השחור. על פי התיאוריה, אופק האירועים צריך להיות גדול פי 2.5 מהצל. אז ברגע שלמדענים יש דימוי של הצל, הם יודעים את גודל אופק האירועים. גודל אופק האירועים פרופורציונאלי למסת החור השחור. אז במקרה של מזל קשת A זה צריך להיות בקוטר של כ -24 מיליון קמ"ש.

אז לא יהיו תמונות של החור השחור עצמו, אבל יהיו תמונות של הצל שהחור השחור מטיל. מבחינה מדעית זו קפיצת מדרגה גדולה בהבנתנו את החורים השחורים. ובמקרה שיש ספק לגבי קיומם של חורים שחורים, תמונת הצל תספק עדות מוצקה לכך שחורים שחורים אכן נמצאים שם.

ה- EHT והמטוסים

למרות גודלו המסיבי של מזל קשת A, הוא זעיר בשמיים. זה הרבה מדי מכדי לראות טלסקופ בודד. זו הסיבה שה- EHT יושם. הוא משלב 7 טלסקופי רדיו נפרדים ברחבי העולם לטלסקופ וירטואלי אחד גדול, בטכניקה הנקראת VLBI (Long Long Baseline Interferometry), משהו שמאסטרונומיה מכיר היטב. לטלסקופ הווירטואלי יש כוח רזולוציה גדול בהרבה מאשר היקף יחיד, ואיפשר לאסטרונומים ללמוד את האזור הסמוך לסגר. א.

במהלך תקופה של שבוע באפריל 2017, צוות EHT כיוון את כל שבעה היקפי השטח שלו לכיוון Sgr A, ושבעה שעונים אטומיים רשמו את מועד הגעת האותות לכל טלסקופ. על ידי לימוד ושילוב האותות, מדענים יכולים ליצור תמונה של סגר A. זהו תהליך שדורש זמן רב.

המטוסים האנרגטיים שזורמים מסביבתו של חור שחור מעניינים במיוחד את החוקרים. העניין המסתחרר בדיסק ההקרדה של חור שחור מתחמם למיליארדי מעלות. חלקו נכנס לחור השחור, אך לא כולו.

המטוסים האנרגטיים הם החלק שבורח מדיסק ההקרדה. הם נוסעים קרוב למהירות האור במשך עשרות אלפי שנות אור. מדענים רוצים לדעת עליהם יותר.

כשמדובר ב- Sgr. א, אנחנו לא יודעים אם יש מטוסים. זה לא היה פעיל מאוד בעשורים האחרונים, ולכן יתכן שלא יהיו מטוסים. אבל אם הם יהיו שם, ה- EHT ירים שם אותות רדיו. לאחר מכן אנו עשויים לקבל תשובות לכמה שאלות מהותיות אודות המטוסים:

איך הם מתחילים?
איך הם מאיצים למהירויות יחסיות?
איך הם נשארים ממוקדים בחוזקה?
ממה בדיוק הם עשויים?

האם תורת היחסות הכללית של איינשטיין בבעיה?

כנראה שלא. אבל יש סיכוי.

רוב מערכת השמש שלנו היא מקום די פרוזאי, יום עבודה. וכאן מקורן של רוב הראיות התצפיתיות שלנו התומכות ביחסות הכללית. אבל האזור המקיף חור שחור אינו שכונה רגילה.

התנאים שם הם קיצוניים. כוח משיכה אינטנסיבי, סילוני חומר מחוממים-על שנעים במהירות האור ואופק האירועים. אבל ביחס ליחסות הכללית, זה בעיקר על כוח הכבידה והאור.

היחסות הכללית מנבאת כי כוח המשיכה של החור השחור יעקום את זמן החלל וימשוך את הכל לעברו, כולל אור. הנתונים שנאספו על ידי EHT יספקו מדידות לתופעה אותה ניתן להשוות לתחזיות של איינשטיין. אם הנתונים תואמים תחזיות, איינשטיין מנצח שוב.

היחסות הכללית גורמת לחיזוי נוסף: הצל שהטיל דיסק הדיסק צריך להיות מעגלי. אם זה לא מעגלי, והוא יותר מבטל, הנוסחאות ביחסות הכללית אינן מדויקות לחלוטין.

ג'ון ווארדל הוא אסטרונום שחוקר חורים שחורים במשך עשרות שנים, כשהיו עדיין רק מבנה תיאורטי. הוא מעורב רבות בפרויקט EHT. Wardle חושב שיחסות כללית תעמוד במבחן זה, וכי איינשטיין ינצח שוב. אבל אם היחסות הכללית נכשלת במבחן זה, אנו נקלע למצב קשה מאוד ומשונה.

"אז נהיה במקטורן ישר קשיח כי אתה לא יכול לבצע שינויים שיבצעו את כל שאר הקטעים שעובדים," אמר Wardle. "זה יהיה מאוד מרגש."