Obrázek černé díry potvrzuje Einsteinovu teorii relativity

Nakonec vytáhl ze stínů. Obrázek prostřednictvím spolupráce Horizon Telescope Collaboration.

Kevin Pimbblet, University of Hull

Černé díry jsou dlouhodobými superhvězdami sci-fi. Jejich sláva v Hollywoodu je ale trochu podivná, protože nikdo ji nikdy neviděl - alespoň dosud. Pokud byste chtěli věřit, děkujte dalekohledu Event Horizon (EHT), který právě vytvořil vůbec první přímý obrázek černé díry. Tento úžasný čin vyžadoval globální spolupráci, aby proměnil Zemi v jeden obří dalekohled a obraz objektu vzdáleného tisíce bilionů kilometrů.

Jak ohromující a průlomový, tak projekt EHT není jen o přijetí výzvy. Je to bezprecedentní test, zda Einsteinovy ​​představy o samotné povaze prostoru a času vydrží v extrémních podmínkách, a dívá se blíže než kdy předtím na roli černých děr ve vesmíru.

Stručně řečeno: Einstein měl pravdu.

Zachycení nezachytitelného

Černá díra je oblast vesmíru, jejíž hmotnost je tak velká a hustá, že ani gravitační přitažlivost nemůže uniknout ani světlo. S ohledem na černé pozadí inkoustu za ním je jeho zachycení téměř nemožným úkolem. Ale díky průkopnické práci Stephena Hawkinga víme, že kolosální masy nejsou jen černé propasti. Nejenže jsou schopni emitovat obrovské trysky plazmy, ale jejich obrovská gravitace vtahuje proudy hmoty do jejího jádra.

Katie Bouman pomohla vyvinout algoritmus, který světu umožnil vidět, jak vypadá černá díra.

Tady je jen okamžik poté, co byl první snímek zpracován. pic.twitter.com/AK9ZHQjJ2r

- Unearthed (@UE) 11. dubna 2019

Když se hmota blíží k horizontu události černé díry point bodu, ve kterém nemůže uniknout ani světlo, vytvoří oběžný disk. Hmota v tomto disku převede část své energie na tření, protože se tře o jiné částice hmoty. Tím se disk zahřeje, stejně jako my zahříváme ruce za chladného dne tím, že je třeme dohromady. Čím blíže je záležitost, tím větší je tření. Látka blíže k horizontu události září zářivě jasným světlem slunečních paprsků. Je to světlo, které EHT detekoval, spolu se „silhouette “ černé díry.

Vytváření obrazu a analýza takových dat je úžasně obtížný úkol. Jako astronom, který studuje černé díry ve vzdálených galaxiích, nemohu obvykle v těchto galaxiích jasně vidět ani jednu hvězdu, natož aby viděl černou díru ve svých centrech.

Tým EHT se rozhodl zaměřit na nás dvě nejbližší supermasivní černé díry - a to jak ve velké eliptické galaxii M87, tak ve Střelci A *, ve středu naší Mléčné dráhy.

Abychom zjistili, jak je tento úkol obtížný, zatímco černá díra Mléčné dráhy má hmotnost 4, 1 milionu sluncí a průměr 60 milionů kilometrů, je to 250 614 750 238 665 392 kilometrů (155 724 785 574 924 740 mil) daleko ze Země to je ekvivalent cestování z Londýna do New Yorku 45 bilionůkrát. Jak poznamenal tým EHT, je to jako být v New Yorku a pokusit se spočítat jamky na golfovém míčku v Los Angeles nebo zobrazovat pomeranč na měsíci.

K fotografování něčeho tak neuvěřitelně vzdáleného, ​​tým potřeboval dalekohled tak velký jako Země samotná. Při neexistenci takového gargantuanského stroje tým EHT propojil dalekohledy z celé planety a spojil jejich data. Aby bylo možné zachytit přesný obraz v takové vzdálenosti, musely být dalekohledy stabilní a jejich údaje byly zcela synchronizovány.



Jak vědci zachytili první obrázek černé díry.

K dosažení tohoto náročného úkolu použil tým atomové hodiny tak přesné, že ztratily jen jednu sekundu za sto milionů let. Shromážděných 5 000 terabajtů bylo tak velké, že muselo být uloženo na stovkách pevných disků a fyzicky doručeno do superpočítače, který opravil časové rozdíly v datech a vytvořil výše uvedený obrázek.

Obecná relativita potvrzena

S pocitem vzrušení jsem poprvé sledoval živý proud ukazující obraz černé díry ze středu M87.

Nejdůležitější počáteční domů je, že Einstein měl pravdu. Znovu. Jeho obecná teorie relativity prošla v posledních několika letech dvěma vážnými testy z nejextrémnějších podmínek vesmíru. Zde Einsteinova teorie predikovala pozorování z M87 s neomylnou přesností a je zdánlivě správným popisem povahy prostoru, času a gravitace.

Měření rychlostí hmoty kolem středu černé díry jsou v souladu s tím, že jsou blízko rychlosti světla. Z obrázku vědci EHT určili, že černá díra M87 je 6, 5 miliardkrát větší než hmotnost slunce a 40 miliard km [25 miliard mi] - to je větší než Neptunova 200letá oběžná dráha.

Černá díra Mléčné dráhy byla příliš náročná na to, aby se tentokrát přesně zobrazila kvůli rychlé variabilitě světelného výkonu. Doufejme, že do pole EHT bude brzy přidáno více dalekohledů, aby byly stále jasnější obrazy těchto fascinujících objektů. Nepochybuji, že v blízké budoucnosti se budeme moci dívat na temné srdce naší vlastní galaxie.

Kevin Pimbblet, docent fyziky, University of Hull

Sečteno a podtrženo: Fyzik vysvětluje, jak obraz černé díry pomáhá podporovat Einsteinovu teorii relativity.

Tento článek je znovu publikován z konverzace na základě licence Creative Commons. Přečtěte si původní článek.