https://frosthead.com

אסטרונומים לוכדים תמונה ראשונה של חור שחור סופר-מסיבי

במרכז הגלקסיה הנקראת מסייר 87, במרחק של כ- 55 מיליון שנות אור, שעליה מסתובב כל העניין של הגלקסיה, מפלצת: חור שחור סופר-מסיבי. עם פי 6.5 מיליארד ממסת השמש, החור השחור במרכז M87 הוא כל כך צפוף עד כי מהירות המילוט שלו, או המהירות הדרושה כדי להימלט מכוח הכובד של העצם, היא יותר ממהירות האור. בהתאם, אפילו פוטונים של אור לא יכולים לברוח ברגע שהם מסתובבים קרוב מדי.

אבל אל תתנו לשם "חור שחור" להטעות אתכם. "בסוג של פרדוקס של הטבע, חורים שחורים, שאינם מאפשרים לאור לברוח, הם כמה מהאובייקטים המבריקים ביקום", אומר שי דואלמן, עמית מחקר בכיר במרכז האסטרופיזיקה של הרווארד-סמיתסוניאן והבמאי. של פרויקט הטלסקופ Event Horizon (EHT), מאמץ בינלאומי לתאר באופן ישיר חור שחור סופר-מסיבי עם טלסקופים ברחבי העולם.

פרויקט EHT, כולל שמונה מצפים ומעל 60 מוסדות מדעיים ביותר מ -20 מדינות, פרסם את הדימוי הראשון של חור שחור. "זו הפעם הראשונה שראיתי את הדימוי הזה כרגע, " אומרת צרפת קורדובה, מנהלת הקרן הלאומית למדע (NSF), במסיבת עיתונאים במועדון העיתונות הלאומי. "וזה אכן עורר דמעות בעיניי. זה עניין גדול מאוד. "

שישה מאמרים מדעיים פורסמו היום גם בכתב העת Astrophysical, ובו פירוט התצפיות הישירות הראשונות של חור שחור.

למרות שאור אינו יכול להימלט מחור שחור עצמו, מעין גבול מקיף כל חור שחור, המכונה אופק האירועים. כל עניין שמסתובב מעבר לאופק האירועים נצרך על ידי החור השחור, אך כאשר גזים נערמים ממש מחוץ לאופק האירועים, הם מחוממים למאות מיליארדי מעלות ופולטים כמות אדירה של קרינה על פני הגלקסיה. אופק האירועים סביב החור השחור M87 הוא בערך 1.5 ימי אור לרוחב, או בערך 40 מיליארד ק"מ, בערך באותו גודל כמו מערכת השמש שלנו.

"מה שמצפים אם רואים חור שחור סופר-מסיבי במרכז הגלקסיה, ואנחנו חושבים שהם קיימים במרכז רוב הגלקסיות, הוא שכוח הכבידה העז מושך את הגז בסביבה לעבר החור השחור, והוא מתחמם למעלה, "אומר דואלמן. "אתה מנסה לדחוס הרבה גז לנפח הקטן ביותר שאתה יכול לדמיין ... וכל אותו גז מאוד חם פולט [אור]."

לאחר שנים של תכנון של למעלה מ -200 מדענים בינלאומיים, הנתונים המיועדים להציג את הדימוי הראשון אי פעם של חור שחור מוכנים. הצוות נאסף לחשיפה הגדולה - זהו רגע סיסמי באסטרופיזיקה.

התצפיות על החור השחור במרכז M87 מגלות שהוא מסתובב בכיוון השעון. בתחתית התמונה, שם טבעת האור בהירה יותר, סיבוב החור השחור נע לעברנו, בעוד החלק של הטבעת בחלקו העליון של התמונה מתרחק.

צילום תמונה של הגז הבוער העוטף את אופק האירועים של חור שחור, שאסטרונומים מכנים אותו "צל" של החור השחור או "צלליתו", לא הוכיחה שום משימה קלה. החור השחור M87 נמצא במרכז הגלקסיה, מוסווה מאחורי כוכבים בהירים ושטפי גז ואבק גדולים. כדי לתפוס את פוטוני האור שמצליחים לברוח מכוח הכובד של החור השחור העל-מסיבי, שנמשך לעבר אופק האירועים לפני שטסו 55 מיליון שנות אור דרך M87 ובמרחב הבין-גלקטי לכדור הארץ, קישרו אסטרונומים כמה מהרדיו החזק ביותר טלסקופים שנבנו אי פעם לבנות במובן מסוים טלסקופ בגודל כדור הארץ.

"יש תחום מיוחד שנקרא אינטרפרומטריה בסיסית מאוד ארוכה, בו אתה קושר בין צלחות רדיו ברחבי העולם ומקבלים הגדלות גבוהות במיוחד", אומר דואלמן. מצפה כוכבים אסטרונומיה, מטלסקופ הקוטב הדרומי לטלסקופ גרינלנד, תרמו או יתרמו תצפיות ל- EHT. "בעזרת טכניקת ה- VLBI, בה אתה הופך את כל כדור הארץ לטלסקופ, אתה צריך לקשר כלים משני צדי כדור הארץ יחד באמצעות רשת של שעונים אטומיים, וזה מה שאנחנו עושים."

טלסקופ אופק האירועים אסף את הנתונים לתמונת החור השחור הראשון בשנת 2017. על ידי שימוש בשעונים אטומיים בכדי ליישר את התצפיות בזמן, ומחשבי-על כדי להרכיב את פטי-נתונים של נתונים, מדענים יכולים להשיג ביעילות את הרזולוציה של טלסקופ בגודל כדור הארץ - אך לא יכולת איסוף האור, כך שניתן להשתמש בטכניקה רק בכדי לצפות בחפצים בהירים מאוד. ה- VLBI יכול רק לאסוף גלי רדיו על משטחי הכלים, המסתובבים ללא הרף עם כדור הארץ, ומפקח עין על מרכז M87.

אלמה מערך מילולית / תת מילימטר אטקמה גדול (ALMA), ממוקם בצפון צ'ילה, עם שביל החלב גלוי OESO / Y. בלצקי בשמיים. ALMA הוא המצפה הרדיו החזק ביותר ברשת הטלסקופ Event Horizon. (ESO / Y. Beletsky)

"אתה יכול לחשוב על הטלסקופים האלה כפיסים מעטים של כסף על מראה בגודל כדור הארץ, וכשהם מסתובבים הם מתחקים אחר קווצות של רפלקטיביות, וכך אתה מסתיים באריגה יחד, או מסתובב, טלסקופ בגודל כדור הארץ - כמעט בונה רשת כמו שעכביש עושה, "אומר דואלמן.

הטלסקופים אוספים גלי רדיו בתדר גבוה במיוחד (EHF), אור כמעט אינפרא אדום על הספקטרום האלקטרומגנטי, עם אורך גל של 1.3 מילימטרים. התדר "פשוט מושלם" כדי לבצע את המסע המרחיב מקצוות חור שחור למנות הרדיו שלנו, אומר דואלמן. המצפה בדרך כלל פונה לכיוון M87 בלילה, ובחודשי מרץ ואפריל, כאשר אדי מים אטמוספריים הם ברמות הנמוכות ביותר שלהם.

טלסקופ אופק האירועים צפה גם בקשת A *, החור השחור העל-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו, שביל החלב. מזל קשת A * (מבוטא "קשת כוכב כוכב") הוא חור שחור סופר-מסיבי הרבה פחות פעיל מזה שבמרכז M87. קשת A * ממוקמת כ- 26, 000 שנות אור משם, והיא מספיק קטנה כך שהיא מופיעה בערך באותו גודל בשמיים כמו M87 הרחוקה בהרבה.

מדענים רבים מאמינים כי חורים שחורים הגיוניים בתחום הפיזיקה התיאורטית, אך הם לא יכלו להתקיים באמת בחיים האמיתיים. צילום תמונה של חור שחור ישנה את כל זה.

בנוסף לאופק האירועים הזוהר סביב החור השחור M87, האובייקט מוציא סילוני חומר מהקטבים שלו אל החלל. "אתה מקבל מטוסים של חלקיקים רלטיביסטיים, מכיוון שהם כמובן מאוד אנרגטיים, שיכולים לזרום לעשרות אלפי שנות אור, " אומר דואלמן. "הם יכולים לעבור את כל הגלקסיה כולה, וזה שחרור האנרגיה בקנה מידה גלקטי שיכול לשנות את המראה של גלקסיה שלמה."

האנרגיה של המטוסים הזורמים מחור שחור סופר-מסיבי נקבעת על ידי כמה חומר החור השחור צורך כמו גם הסיבוב, השדה המגנטי שלו ותכונות אחרות. "המטוסים נושאים שווה ערך ל -10 מיליארד סופרנובה באנרגיה", אומרת סרה מרקוף, חברת מועצת המדע EHT ופרופסור באוניברסיטת אמסטרדם, במסיבת העיתונאים. "לבורות הביזארה האלה במרקם של זמן-חלל יש הרבה השלכות מעצמם", אומר מרקוף. כאשר חור שחור מפזר כמויות אדירות של אנרגיה, הוא מונע מהגזים סביב אופק האירועים להיווצר כוכבים חדשים, ולהעצים את צמיחת הגלקסיות.

במרכז החור השחור, על פי תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין, היא נקודת ייחודיות שבה כל חומר האובייקט מעובה לנפח כה קטן עד שהצפיפות היא אינסופית במהותה. בשלב זה, מאמינים כי החוקים הידועים של הפיזיקה מתפרקים. אולם קרוב יותר לאופק האירועים, מדענים יבדקו את צורת הצללית של החור השחור כדי לבחון את חוקי היחסות.

"אני חייב להודות שקצת הייתי המום שזה תואם כל כך את התחזיות שעשינו", אומר אייברי ברודריק, אסטרופיזיקאי אצל EHT ופרופסור חבר באוניברסיטת ווטרלו, במסיבת העיתונאים. "זה משמח אבל גם קצת מרגיז."

צורת האור סביב החור השחור, המכונה טבעת הפוטון בה האור מקיף את המרכז, משמשת כמבחן האינטנסיבי ביותר לתיאוריות הכובד של איינשטיין שנערכו אי פעם.

"אחת הסיבות לכך שאתה רואה את טבעת האור היא שזה המסלול שבו מוגבלים פוטונים לנוע במעגל סביב החור השחור, " אומר דואלמן. "זה באמת יוצא דופן - אתה לוקח חפץ כמו פוטון שנסע כל מה שיכול להתקיים ביקום, הכי מהר שאתה יכול לנוע ואז אתה מבין שיש חפץ שנקרא חור שחור שיגרום לקרן האור הזו להתכופף פנימה מעגל שלם. וזה בעצם מה שאתה רואה. ... ואם אתה עובר את המשוואות של אינשטיין, זה מסלול מאוד מיוחד. "

ראיית הטבעת סביב חור שחור, שצליה מעוטרת כנגד הקוסמוס, אישרה כי הפיזיקה התיאורטית שהונחה לפני למעלה ממאה שנה עדיין נכונה "באחת המעבדות הקיצוניות שהיקום מספק לנו."

"אני חושב שזה מדבר לרוח האנושית, בכנות, שאנחנו יכולים לסלק אותה", אומר דואלמן.

ציידים של חור שחור הוקרן בבכורה ביום שישי, 12 באפריל בשעה 21 בערב בסמית'סוניאן.

אסטרונומים לוכדים תמונה ראשונה של חור שחור סופר-מסיבי