יוריקה! מדענים מצלמים חור שחור בפעם הראשונה

טלסקופ אירוע אופק אירוע, מערך בקנה מידה של שמונה טלסקופים רדיו מבוססי קרקע שנרקמו באמצעות שיתוף פעולה בינלאומי, תפס את התמונה הזו של החור השחור העל-מסיבי במרכז הגלקסיה M87 וצלו.

טלסקופ אירוע אופק אירוע, מערך בקנה מידה של שמונה טלסקופים רדיו מבוססי קרקע שנרקמו באמצעות שיתוף פעולה בינלאומי, תפס את התמונה הזו של החור השחור העל-מסיבי במרכז הגלקסיה M87 וצלו. (אשראי תמונה: שיתוף פעולה EHT)





סוף סוף נגררו חורים שחורים מהצללים.

בפעם הראשונה אי פעם, האנושות צילמה את אחת החיות הקוסמיות החמקמקות האלה, מאירה אור על מרחב זמן אקזוטי שעבר זמן רב מעבר לחיינו.

'ראינו מה שחשבנו שהוא בלתי נראה', אמר שפר דודלמן, מאוניברסיטת הרווארד וממרכז האסטרופיזיקה בהרווארד-סמיתסוניאן, במהלך מסיבת עיתונאים במועדון העיתונאים הלאומי בוושינגטון הבירה.



קָשׁוּר: מהו בעצם אופק אירוע של חור שחור (ומה קורה שם)?

דואלמן מנהל את טלסקופ אופק אירוע פרויקט (EHT), שצילם את התמונות האפיות. ארבע התצלומים הללו, שנחשפו היום באירועי עיתונות ברחבי העולם ובסדרת מאמרים שפורסמו, מתווים את קווי המתאר של החור השחור המפלצתי האורב בלב הגלקסיה האליפטית M87.

הדימויים מספיק מדהימים בפני עצמם. אבל המסלול המשמעותי עוד יותר הוא שהתוצאות החדשות צפויות לבעור, אמרו חוקרים.



'יש באמת תחום חדש לחקור', אמר פיטר גליסון, פרופסור לפיזיקה והיסטוריה של המדע בהרווארד. שיחת EHT בחודש שעבר בפסטיבל South by Southwest (SXSW) באוסטין, טקסס. 'וזה בסופו של דבר מה שמרגש בזה.'

גליסון, שייסד את יוזמת החור השחור הבין-תחומי של הרווארד (BHI), השווה את ההשפעה הפוטנציאלית של התמונה לזה של הציורים שצייר המדען האנגלי רוברט הוק בשנות ה -1600. איורים אלה הראו לאנשים כיצד נראים חרקים וצמחים באמצעות מיקרוסקופ.

'זה פתח עולם,' אמר גליסון על עבודתו של הוק.



טלסקופ בגודל כדור הארץ

ה- EHT הוא קונסורציום של יותר מ -200 מדענים שנמצא בעבודות במשך כשני עשורים. זהו מאמץ בינלאומי באמת; המימון לאורך השנים הגיע מהקרן הלאומית למדע האמריקאי וארגונים רבים אחרים במדינות ברחבי העולם.

הפרויקט לוקח את שמו מנקודת אל -חזור מפורסמת של חור שחור - הגבול שמעבר לו שום דבר, אפילו לא אור, יכול להימלט מציפורני הכבידה של האובייקט.

'אופק האירועים הוא קיר הכלא האולטימטיבי', אמר מנהל מייסד BHI, אבי לוב, יו'ר מחלקת האסטרונומיה של הרווארד, ל- guesswhozoo.com. (לוב אינו חלק מצוות ה- EHT.) 'ברגע שנכנסת לעולם לא תוכל לצאת.'

לכן אי אפשר לצלם פנים של חור שחור, אלא אם כן תצליח איכשהו להיכנס לשם בעצמך. (אתה והתמונות שלך לא הצלחתם לחזור לעולם החיצון, כמובן.)

אז EHT מדמיין את אופק האירוע וממפה את הצללית הכהה של החור השחור. (הדיסק של הגז הנע במהירות שמסתובב לתוך חורים שחורים פולט הרבה קרינה, כך צלליות כאלה בולטות.)

'אנו מחפשים את אובדן הפוטונים', אמר חבר מועצת המדע של EHT, דן מארון, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת אריזונה, ל- guesswhozoo.com.

הפרויקט בחן שני חורים שחורים - חבורת M87, הממוקמת בערך פי 6.5 מיליארד ממסת השמש של כדור הארץ, ואת החור השחור המרכזי של הגלקסיה השקונית שלנו, המכונה מזל קשת A* . אובייקט אחרון זה, בעודו עדיין חור שחור -מסיבי, הוא ריצה בהשוואה לחיה של M87, המכילה 4.3 מיליון מסות שמש בלבד.

שני האובייקטים הללו הם מטרות קשות בגלל מרחקם העצום מכדור הארץ. קשת A* נמצאת במרחק של כ -26,000 שנות אור מאיתנו, והחור השחור של M87 נמצא במרחק של 53.5 מיליון שנות אור.

מנקודת המבט שלנו, אופק האירועים של קשת A*הוא כל כך קטן שזה שווה ערך לראות תפוז על הירח או להיות מסוגל לקרוא את העיתון בלוס אנג'לס בזמן שאתה יושב בניו יורק ', אמר דואלמן במהלך אירוע SXSW בחודש שעבר.

אף טלסקופ אחד על פני כדור הארץ לא יכול לבצע את התצפית הזו, ולכן דואלמן ושאר צוות ה- EHT נאלצו להיות יצירתיים. החוקרים קישרו טלסקופים רדיו באריזונה, ספרד, מקסיקו, אנטארקטיקה ומקומות אחרים ברחבי העולם, ויצרו מכשיר וירטואלי בגודל של כדור הארץ.

קָשׁוּר: תמונות: חורים שחורים של היקום

כל כך הרבה נתונים

צוות EHT השתמש במגסקופ זה כדי ללמוד את שני החורים השחורים העל -מסיביים במשך שני פרקים של שבוע עד היום - פעם באפריל 2017 ושנה בשנה שלאחר מכן. הדימויים החדשים מגיעים מהריצה הראשונה להתבוננות.

ישנן סיבות טובות לכך שעברו שנתיים עד שהתוצאה הראשונה של הפרויקט יצאה לאור. דבר אחד, כל לילה של התבוננות יצר בערך 1 פטה-בייט של נתונים, וכתוצאה מכך נגרר צוות כזה כדי להעביר את המידע שלו ממקום למקום בדרך המיושנת.

'אין שום סיכוי שנוכל להעביר נתונים אלה באמצעות האינטרנט', אמר מדען הפרויקטים של EHT, דימיטריוס פסאלטיס, פרופסור לאסטרונומיה מאוניברסיטת אריזונה באירוע SXSW. 'אז מה שאנחנו בעצם עושים הוא שאנחנו לוקחים את הכוננים הקשיחים שלנו ואנחנו פדקסים אותם ממקום למקום. זה הרבה יותר מהיר מכל כבל שתוכל למצוא אי פעם. '

זה מאט ומסבך את הניתוח, כמובן. נתונים מהיקף ה- EHT ליד הקוטב הדרומי, למשל, לא יכלו לרדת מאנטארקטיקה עד לדצמבר 2017, כשהיה חם מספיק כדי שמטוסים ייכנסו ויצאו, אמר מארון.

הוא גם מסכן את התיאום והכיול של הנתונים. והצוות הקפיד מאוד על עבודה זו, לאור אופיו החשוב של הממצא.

'אם אתה מתכוון לבוא בטענה גדולה של הדמיה של חור שחור, עליך להיות בעל הוכחות גדולות, ראיות חזקות מאוד', אמר דואלמן באירוע SXSW (ששימש כמבאר מאמץ ה- EHT אך לא הודיע כל תוצאות).

'ועל הפרויקט שלנו, אנו לעתים קרובות חושבים שאנשים כמו [אלברט] איינשטיין, [ארתור] אדינגטון [וקרל] שוורצילד מסתכלים מעבר לכתפיים שלנו,' הוסיף והתייחס לפיסיקאים שעזרו לחלוץ את הבנתנו את החורים השחורים. 'וכאשר יש לך מאורות שדווקא בודקים את העבודה שלך, אתה באמת רוצה לתקן את זה'.

קָשׁוּר: החורים השחורים המוזרים ביותר ביקום

תמונה מדומה של אוניברסיטת אריזונה מציגה את הפלזמה הסוערת בסביבה הקיצונית סביב חור שחור -מסיבי.

תמונה מדומה של אוניברסיטת אריזונה מציגה את הפלזמה הסוערת בסביבה הקיצונית סביב חור שחור -מסיבי.(אשראי תמונה: אוניברסיטת אריזונה)

מה כל זה אומר

לפרויקט EHT יש שתי מטרות עיקריות, אמר פסאלטיס: לדמיין אופק אירועים בפעם הראשונה אי פעם ולעזור לקבוע אם תורת היחסות הכללית של איינשטיין זקוקה לשינויים.

לפני שהגיע איינשטיין, הכבידה נחשבה בדרך כלל לכוח מסתורי מרחוק. אבל היחסות הכללית מתארת ​​זאת כעיוות הזמן-חלל: אובייקטים אדירים כמו כוכבי לכת, כוכבים וחורים שחורים יוצרים מעין צניחה בזמן החלל, כמו כדור באולינג אם היה מונח על טרמפולינה. עצמים סמוכים עוקבים אחר עקומה זו ומגיעים לכיוון המסה המרכזית.

היחסות הכללית החזיקה מעמד לאורך כל המאה מאז שהוצגה, ועברה כל מבחן שהמדענים הטילו עליו. אבל התצפיות של ה- EHT מספקות ניסוי נוסף, בתחום קיצוני שבו תחזיות עשויות שלא להתאים למציאות. הסיבה לכך היא שאסטרונומים יכולים לחשב את הגודל והצורה הצפויים של אופק אירועים באמצעות תורת היחסות הכללית, הסביר פסאלטיס.

אם הצללית הנצפית תואמת את הסימולציות המבוססות על תיאוריה, 'אז איינשטיין צדק במאה אחוז', אמר פסאלטיס. אם התשובה היא לא, עלינו לשנות את התיאוריה שלו כדי לגרום לזה לעבוד עם ניסויים. ככה המדע הולך״.

ולמדנו היום שאין צורך בשינויים, לפחות כרגע: תצפיות ה- M87 של EHT תואמות את היחסות הכללית, אמרו חברי הצוות. כלומר, אופק האירועים הוא כמעט מעגלי והוא בגודל 'הנכון' של חור שחור של המסה העצומה ההיא.

'אני חייב להודות, הייתי קצת המום שזה תואם כל כך את התחזיות שעשינו', אמר חבר צוות EHT, אברי ברודריק, מאוניברסיטת ווטרלו וממכון ההיקף לפיסיקה תיאורטית בקנדה, במהלך מסיבת העיתונאים היום. .

התנהגות קרקע כזו היא חיונית לתהליך המדעי, כמובן. ואכן, מתן מידע טוב יותר להזנת תיאוריות והדמיות יהיה כנראה אחת התרומות הגדולות ביותר של ה- EHT, אמר לוב.

'עשיית פיזיקה היא דיאלוג עם הטבע,' אמר. ״אנחנו בודקים את הרעיונות שלנו על ידי השוואתם לניסויים; נתונים ניסיוניים הם דבר מכריע. '

התוצאות החדשות אמורות לסייע גם למדענים להתמודד טוב יותר עם חורים שחורים, אמרו הוא וחוקרים אחרים. לדוגמה, סביר להניח שתמונות EHT יאירו אור משמעותי על האופן בו גז מסתובב אל תוך חור שחור. תהליך הצטברות זה, שיכול להוביל ליצירת מטוסי קרינה רבי עוצמה, אינו מובן היטב, אמר לוב.

בנוסף, צורת אופק אירועים יכולה לחשוף אם חור שחור מסתובב, אמרה פיונה האריסון מהמכון הטכנולוגי בקליפורניה, החוקרת הראשית במשימת המערכות הגרעיניות הספקטרוסקופיות הגרעיניות של נאס'א (NuSTAR).

'הסקנו את סיבוב החורים השחורים בעקיפין', אמר האריסון, שאינו חלק מצוות ה- EHT, ל- guesswhozoo.com. הדמיה של EHT מספקת 'מבחן ישיר, וזה מאוד מרגש', הוסיפה.

נתוני EHT חשפו כי החור השחור של M87 מסתובב בכיוון השעון, אמרו היום חברי הצוות.

הפרויקט צריך גם להראות כיצד חומר מופץ סביב חור שחור, ותצפיות EHT יכולות בסופו של דבר ללמד אסטרונומים הרבה על האופן שבו חורים שחורים על -מסיביים מעצבים את ההתפתחות של הגלקסיות המארחות שלהם על פני סולמות זמן ארוכות, אמר האריסון.

התוצאות של EHT משתלבות היטב גם עם אלה של מצפה הכבידה לייזר אינטרפרומטר לייזר (LIGO), שזיהה את אדוות הזמן בחלל שנוצרו על ידי מיזוגים הכוללים חורים שחורים מסיבי פי כמה וכמה מהשמש.

'למרות שהם משתנים על פני גורם של מיליארד מסה, חורים שחורים ידועים תואמים כולם תיאור אחד', אמר ברודריק היום. 'חורים שחורים גדולים וקטנים מקבילים בדרכים חשובות. מה שאנו לומדים מהסוג האחד חל בהכרח על השני. '

ואם אתה תוהה לגבי מזל קשת A*: צוות EHT מקווה לקבל בקרוב תמונות של החור השחור -מסיבי ההוא, אמר דואלמן היום. החוקרים בדקו תחילה את M87, וזה קצת יותר קל לפתרון מאשר מזל קשת A* מכיוון שהוא פחות משתנה בטווחי זמן קצרים, הסביר.

נקודת מבט חדשה?

ואז יש את הערעור הרחב יותר של הדימויים החדשים - איך הוא מדבר לאלו מאיתנו שאינם אסטרופיזיקאים.

התרומות בזירה זו עשויות להיות משמעותיות, אמרו חברי צוות EHT ומדענים חיצוניים. תמונות יכולות לשנות את האופן שבו אנו חושבים על עצמנו ועל מקומנו ביקום, ציין מארון, וציטט את תצלום 'הזריחה' המפורסם שצילם האסטרונאוט אפולו 8 ביל אנדרס בדצמבר 1968. תמונה זו, שנתנה להמונים הצצה לכוכב הלכת שלנו זה באמת - מאחז חיים בודד בים של חושך אינסופי - זוכה להרחבה כמסייעת לדרבן את התנועה הסביבתית.

לראות חור שחור אמיתי-או צלליתו, בכל מקרה-'הוא חומר המדע הבדיוני', אמר האריסון. וראינו רק את התמונות הראשונות של הפרויקט, היא הוסיפה: 'הן רק הולכות להשתפר'.

ספרו של מייק וול על החיפוש אחר חיי חייזרים, ' שם '(הוצאת גרנד סנטרל, 2018; מאויר על ידי קארל טייט ), יצא כעת. עקוב אחריו בטוויטר @michaeldwall . עקבו אחרינו בטוויטר @Spacedotcom אוֹ פייסבוק .