Хоризонт на събитията: След фотографирането на черни дупки учените вече снимат филм

Джонатан O’Калахан/Horizon Последна промяна на 24 октомври 2024 в 00:00 1829 0

Първата снимка на черната дупка в центъра на млечния път Sgr A*

Кредит Event Horizon Telescope

Първата снимка на черната дупка в центъра на млечния път Sgr A*

Първите подвижни изображения на черна дупка биха могли да разкрият вихрени бури от плазма и колапсиращи звезди, задълбочавайки разбирането ни на Вселената.

Едно широко разпространено погрешно схващане дълго време приравнява черните дупки в Космоса с нищото, „края на всичко“. Но екип от учени от цял свят, включващ финансирани от ЕС изследователи, успява да ги фотографира, като открива достатъчно нови доказателства, които дават тласък на изследванията им.

Роденият в Германия, но работещ в Нидерландия астроном Хайно Фалке е един от онези, които искат да разберат „крайната граница на нашето познание“ — черните дупки.

Професор по физика на астрочастиците и радиоастрономия в университета Радбауд в Нидерландия, Фалке е един от главните участници в Event Horizon Telescope (EHT) — глобална мрежа от телескопи, която заснема първото изображение на черна дупка през 2019 г.

Заедно с колегите си сега той иска да отиде още по-далеч и да създаде първия видеозапис на тези невероятни и тайнствени обекти в Космоса.

Придобиването на допълнителни знания за черните дупки ще бъде от решаващо значение за нашето разбиране на Вселената, казва Фалке, а финансираният от ЕС нов проект BlackHolistic, продължаващ до 2029 г., трябва да осигури жизненоважна информация.

С финансиране от ЕС, възлизащо на почти 14 млрд. евро, учените имат за цел да доразвият изследванията с EHT и да задълбочат знанията ни за черните дупки с помощта на суперкомпютър и нов радиотелескоп в Намибия.

„Черните дупки, в известна степен, имат същите физически характеристики като Големия взрив“, казва Фалке. „Освен това са важни от астрофизическа гледна точка като най-ефикасните генератори на енергия във Вселената и са безусловно изумителни. Те са митични обекти, в които времето сякаш е замряло.“

Изображения от далечна галактика

През 2019 г., като използва глобалната си мрежа, EHT засне изображение на черната дупка в центъра на M87 — галактика, намираща се на 54 милиона светлинни години от Земята.

Това е първият поглед към „сянката“ на черна дупка — тъмното петно, което обозначава нейния „хоризонт на събитията“, границата, отвъд която нищо — материя, енергия или дори светлината — не може да избяга от гравитационното ѝ привличане.

За това изображение с висока разделителна способност Фалке получава наградата „Балзан“ за 2023 г., включваща парична награда от 760 000 евро. „Това беше наистина невероятно“, казва той. „Това е една от големите награди в науката“. Той е автор и на книга за изследванията си, озаглавена Светлина в мрака, която става бестселър.

Следващото попадение на EHT през 2022 г. е изображение на Стрелец A* — черна дупка в центъра на нашата галактика, Млечния път.

Сега Фалке и екип от британски, намибийски, нидерландски и финландски астрономи, работещи по проекта BlackHolistic, заедно с мрежата на EHT ще снимат видеозапис с историческо значение на черни дупки.

С помощта на нов 15-метров телескоп в Намибия, наречен Africa Millimetre Telescope (AMT), целта е да заснемат в продължение на часове вихрещата се плазма и газ в хоризонтите на събитията на M87 и Стрелец А*.

„Направихме първата снимка на черна дупка. Сега искаме да отидем още по-нататък. Искаме да направим първия филм на черна дупка“, казва Фалке.

С обединяването на AMT със съществуващите телескопи на EHT в Северна и Южна Америка, Европа и Южния полюс екипът ще може да задържи по-дълго време черната дупка в обективите на тези телескопи. Това ще улесни филмирането.

Предизвикателството: обработването на масивни обеми космически данни

M87 е супермасивна черна дупка с маса около 6 милиарда пъти по-голяма от тази на нашето Слънце. При все това тя се открива трудно. Хоризонтът ѝ на събитията е с размера приблизително на Слънчевата система, но на много голямо разстояние от нас.

С въртенето на Земята черната дупка ще попада в полезрението на различни телескопи по цялото земно кълбо, което ще позволи да се събират непрекъснати изображения на всеки няколко дни, които да се обединят в комбиниран материал.

За Стрелец А*, която е много по-малка (само около 4 милиона пъти по-голяма от масата на Слънцето), изображения ще трябва да се правят на всеки пет минути, за да се виждат промените около черната дупка.

Черните дупки се наблюдават с телескопите чрез радиовълни, като изгледите от тях се наслагват в процес, при който се използват електромагнитни вълни за извличане на информация и създаване на единен изглед. Понастоящем това е невъзможно да се постигне с един телескоп.

Материалът около Стрелец А*, предимно газообразна материя, се движи много по-бързо от този около M87, като завършва едно орбита за няколко часа в сравнение с две седмици за M87. Наблюдението му изисква да се използва AMT в Намибия.

Обемът на получените от телескопите данни е умопомрачителен: пет петабайта или повече, или 5 милиарда гигабайта — твърде голям за прехвърляне през интернет в разумен срок. Вместо това данните трябва да бъдат физически транспортирани до обработващи мощности в САЩ и Германия.

За предстоящите видеозаписи на черни дупки Фалке предупреждава: „Ще стане още по-зле. Очакват се много повече данни.“

Ще видим ли разпадащи се звезди?

Майкъл Крамер — един от главните участници заедно с Фалке в по-стара инициатива, финансирана от ЕС, BLACKHOLECAM от 2014—2020 г., казва, че създаването на видеозаписи на черни дупки ще предостави много повече информация в сравнение с отделните изображения. Крамер е директор на института за радиоастрономия „Макс Планк“ в Германия.

Публикуваните по-рано изображения казва той „имат това ярко петно около тях“, — големи плазмени петна, които черната дупка поглъща.

„Във видеозаписите тези ярки петна ще се движат“, казва той. „Като се наблюдава начинът на движение на тази плазма, много по-добре се разбира динамиката. Много по-добре се навлиза и в геометрията, ориентацията на черната дупка.“

Това движение би трябвало да даде възможност за много по-точното измерване на масата на черната дупка, точно както можем да изчислим масата на Слънцето, „като наблюдаваме планетите и как те обикалят около центъра на Слънчевата система“, пояснява Крамер.

Посоката на плазмата също така разкрива ориентацията на обикалящия материал, докато той бавно губи енергия и влиза спираловидно навътре. Дори може да бъде възможно да се види звезда в процеса на разкъсването ѝ от черната дупка, ако се приближи твърди близо.

„Това ще бъде страхотно“, казва Фалке. „Ако звездата отиде там, ние сме готови.“

Мистерията на Вселената

„Черните дупки са част от историята ни“, казва той. „Някои елементи в нашите тела нямаше да бъдат тук, ако черните дупки не ги бяха пренесли насам през Вселената.“

Той описва изследователските усилия по проекта BlackHolistic като „донякъде дръзки“. Отбелязва обаче, че черните дупки всъщност са „най-простите обекти във Вселената, защото се описват само с две числа: каква маса имат и с каква скорост се въртят“.

„Всяка клетка в тялото ни е безкрайно по-сложна от черна дупка.“

Въпреки тази измамна простота съществуват много неизвестни по отношение на пределите на пространството и времето в черната дупка, които все още озадачават изследователите.

„Търся загадката на Вселената“, казва Фалке, „и смятам, че загадка винаги ще съществува.“

Първите видеозаписи на черни дупки най-малкото ще дадат някои отговори.

Изследванията в тази статия са финансирани от Европейския научноизследователски съвет (ЕНС). Възгледите на интервюираните лица не отразяват непременно позицията на Европейската комисия.

Повече информация:

​Тази статия е публикувана за пръв път в Horizon, списанието на ЕС за изследвания и иновации.

Още по темата

    Най-важното
    Всички новини