Astronomer orkestrerede radioskåleteleskoper over hele verden til et virtuelt kamera i jordstørrelse til et dristigt nyt eksperiment, der forsøger at levere det første billede af et sort hul. Teleskopsamarbejdet er indstillet til offentliggør en stor annonce af resultater denne uge, og medlemmerne beskrev også deres forskningsmetode på en tale i marts.
Sorte huller er ekstreme varp i rummet, der er så stærke, at deres massive tyngdekraft ikke engang lader lys undslippe, når det kommer tæt nok.
Astronomernes idé er at fotografere den cirkulære uigennemsigtige silhuet af et sort hul støbt på en lys baggrund. Skyggens kant er begivenhedshorisonten, et sort huls punkt uden tilbagevenden. Et billede er tusind ord værd, og et fotografi af et sort hul ville være et vigtigt redskab til at forstå astrofysik, kosmologi og sorte hulers rolle i universet.
Hvis en astronaut lægger en orange på månens overflade, ville citrusfrugterne være meget vanskelige at se fra Jorden. Sorte huller er lige så svære at få øje på, sagde Sheperd Doeleman, projektlederen for et ambitiøst nyt projekt kaldet Event Horizon Telescope.
Doeleman delte denne anekdote med et publikum på et panel på South by Southwest (SXSW) -festivalen i Austin, Texas, sidste måned. Doeleman og kolleger Sera Markoff, Peter Galison og Dimitrios Psaltis belyste, hvordan projektet fungerer under SXSW-arrangementet, "EHT: En planetarisk indsats for at fotografere et sort hul."
Sorte huller er massive strukturer sammenlignet med planeter og mennesker. Men hvad der forekommer stort for os, er i galaktisk skala, lille-lille. Så det er kompliceret at fotografere et sorte huls begivenhedshorisont.
"Et af EHT-målene er ca. 10 procent af størrelsen på vores solsystem," sagde Sera Markoff, en astrofysiker fra University of Amsterdam, under panelet. Det supermassive sorte hul i midten af Mælkevejen, kaldet Skytten A *, er omkring størrelsen på bane af Merkur, tilføjede Doeleman.
Hvis et rumskib kunne sætte astronomer ud af Mælkevejen, som er omkring 50 milliarder gange større end Skytten A *, ifølge Markoff, ville det at se dette sorte hul blandt milliarder af andre stjerner og planeter i galaksen være ganske vanskeligt.
For at observere det supermassive sorte hul i midten af Mælkevejen, eller for at se et andet af projektets mål - det supermassive sorte hul i kernen af den supergiant elliptiske galakse Messier 87 - måtte EHT-teamet omdanne Jorden til et virtuelt teleskop platform. Det skyldes, at et teleskops magt til at løse billeder er begrænset til størrelsen på dets skål, og ved at bruge en række instrumenter over hele verden bryder teamet effektivt skålen og spreder brikkerne globalt for at skabe et stort rumøje.
Radioteleskopobservatorierne, der var involveret i EHTs 2017-observationer, var ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array i Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) i Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) i Spanien; LMT (Large Millimeter Telescope) i Mexico; SMT (Submillimeter Telescope) i Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) på Hawaii; SMA (SubMillimeter Array) på Hawaii og SPT (South Pole Telescope) i Antarktis.
Koordinerede observationer blev også foretaget i røntgen- og gammastrålebåndene.
Skytten A * er sovende, hvilket betyder, at den ikke aktivt forbruger en masse nærliggende stjerner og gas og frigiver stråling. Et aktivt sort hul lurer inde i Messier 87. For at se det supermassive sort hul i kvarteret og det, der kurerer længere væk, skal teleskopene observere "hele det elektromagnetiske spektrum, fra radioen op til gammastrålerne," sagde Markoff.
Var Einstein 100% ret?
I projektets kerne ønsker dets 200 videnskabsfolk at svare på to spørgsmål, ifølge Psaltis, en astronom og fysiker ved University of Arizona. Den første er simpelthen, hvis det er muligt at fotografere et sort hul. Men den anden vigtige ting, de spørger, er, om Einstein havde 100 procent ret til, hvordan sorte huller opfører sig.
"Einstein fortalte os for 100 år siden nøjagtigt, hvad størrelsen og formen på den [sorte huls] skygge skulle være. Hvis vi kunne lægge en lineal over den skygge, ville vi være i stand til at teste Einsteins teori om sorte hulgrænser," Sagde Doeleman.
Holdet ønskede også at opbygge modeller, der ville beskrive sorte huller under forskellige omstændigheder, som derefter vil blive sammenlignet med EHT-observationer.
I det arbejde, der blev beskrevet på SXSW, brugte teamet grafikbehandlingsenheder (GPU'er), ligesom dem, der blev brugt i dine foretrukne videospilkonsoller eller din computer, til at modellere alle de hypotetiske sorter i et sort hulmiljø. De producerede hundreder af gigabyte 3D-volumendata for at modellere mulighederne. Psaltis sagde, at fotoner, plasma, gas og magnetiske felter er alle beskrevet i et sort huls prognose.
Når de først har fået en, kan teamet sammenligne et billede af et sort huls skygge med de forskellige scenarier, der behandles af GPU'erne for at foretage den mest realistiske simulering af, hvordan et sort hul opfører sig, baseret på vores nuværende forståelse af fysik.
"Hvad det sorte hulbillede kunne gøre for os, hvis vi kan få det til, ville være at tage noget, der er det mest ekstreme, den underligste forudsigelse af generel relativitet, en af de store resultater i det menneskelige sind, [og] kombinere det med den mest avancerede elektronik med et planetarisk skala-samarbejde med den mest avancerede statistik [og] nye billeddannelsesteknikker, ”sagde Galison, en professor ved Harvard University, i panelet. ”Det er som at lave et nyt kamera med en ny slags film, en ny slags linse, kombinere det med andre kameraer på én gang, og hvis det kunne ske, hvis vi rent faktisk kunne komme ind og se helt tæt på horisonten ."
Galison tilføjede, at det første billede af et sort hul ville bevise, ud over en skygge af tvivl - ordspil beregnet - at disse gigantiske, mægtige og undvigende strukturer eksisterer.
- Mystisk "ko" -sprængning i rummet kan afsløre fødselen af et sort hul
- Denne trippy simulering viser, hvordan monster sorte huller gløder, før de kolliderer
- Sjældent set mellemvægt sort hulkugle stjerne
