01 февруари 2023
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Какво всъщност показва изображението на черната дупка на Млечния път

Тазгодишната снимка на завихрящата се плазма около ръбовете на масивния обект ще помогне да се разкрие повече за историята и еволюцията на нашата галактика.

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 25 ноември 2022 в 00:01 66200
Черната дупка на Млечния път, Стрелец А*. Кредит: Abhishek Joshi / UIUC

Черните дупки пазят своите тайни. Те затварят завинаги всичко, което влезе в тях. Самата светлина не може да избяга от гладното привличане на черната дупка.

Тогава би трябвало черната дупка да е невидима, а снимането ѝ - невъзможно. Затова едва през 2019 г. се появи първото изображение на черна дупка. След това, през пролетта на 2022 г., астрономите представиха друга снимка на черна дупка - този път на тази в центъра на нашия Млечен път.

На снимката се вижда оранжево, подобно на поничка петно, което удивително прилича на по-ранната снимка на черната дупка в центъра на галактиката М87 (Messier 87).

Но черната дупка в Млечния път, Стрелец А*, всъщност е много по-малка от първата и е по-трудна за наблюдение, тъй като изисква да се надникне през мъгливия диск на нашата галактика.

Така например, въпреки че наблюденията на нашата собствена черна дупка са проведени по едно и също време с тези на М87, за създаването на снимката са били необходими още три години.

За целта е било необходимо международното сътрудничество на стотици астрономи, инженери и компютърни специалисти, както и разработването на сложни компютърни алгоритми за сглобяване на изображението от необработените данни.

Тези "снимки", разбира се, не показват директно черната дупка, дефинирана като област от пространството вътре зад граница на невъзвращаемост, известна като хоризонт на събитията.

Изследователите всъщност записват части от плоската палачинка от гореща плазма, която се върти около черната дупка с висока скорост в така наречения акреционен диск. Плазмата е съставена от високоенергийни заредени частици. Докато плазмата се върти около черната дупка, ускоряващите се частици излъчват радиовълни. Размазаният оранжев пръстен, който се вижда на изображенията, е сложна реконструкция на тези радиовълни, уловени от осем телескопа, разпръснати около Земята, известни под общото наименование Event Horizon Telescope (EHT).

Стрелец А*Новото изображение на черната дупка Стрелец A* потвърждава и уточнява предишни прогнози за нейния размер и ориентация. Масата на черната дупка определя нейния размер или това, което учените наричат гравитационен диаметър. Точката, в която никаква светлина не може да излезе от черната дупка, наречена хоризонт на събитията, се определя от тази маса и от въртенето на черната дупка. Около масивния обект в акреционния диск се движи гореща плазма, която излъчва радиовълни. Тези радиовълни се огъват и изкривяват от гравитацията, заради ефекта "гравитационна леща", за да се получи изображението на оранжевите външни кръгове. Сянката на черната дупка и емисионният пръстен, показани тук, са гравитационно линзирани проекции на далечната страна на хоризонта на събитията на черната дупка и на акреционния диск, съответно. Кредит: K. McCormick / Knowable Magazine

Последното изображение разказва за епичното пътуване на радиовълните от центъра на Млечния път, предоставяйки безпрецедентни подробности за Стрелец А*. Снимката представлява и "едно от най-важните визуални доказателства за Общата теория на относителността", нашата най-добра теория за гравитацията, коментира Сера Маркоф (Sera Markoff), астрофизик от Амстердамския университет и член на екипа на EHT.

Изучаването на свръхмасивни черни дупки като Стрелец А* ще помогне на учените да научат повече за това как галактиките се развиват във времето и как се събират в огромни купове във Вселената.

От галактическото ядро

Стрелец А* е 1600 пъти по-малка от черната дупка в Месие 87, която бе заснета през 2019 г., а също така е около 2100 пъти по-близо до Земята. Това означава, че двете черни дупки изглеждат с приблизително еднакъв размер на небето. Джефри Бауър (Geoffrey Bower), учен по проекта EHT в Института по астрономия и астрофизика "Академията Синика" в Тайван, съобщава, че разделителната способност, необходима, за да се види Стрелец А* от Земята, е същата, каквато би била необходима, за да се направи снимка на портокал на повърхността на Луната.

Центърът на нашата галактика се намира на 26 000 светлинни години от нас, така че радиовълните, събрани за създаването на това изображение, са били излъчени по времето, когато е било построено едно от най-ранните известни постоянни човешки селища.

Пътешествието на радиовълните започва, когато те са излъчени за първи път от частици в акреционния диск на черната дупка. С дължина на вълната от около 1 мм, лъчението е пътувало към Земята сравнително необезпокоявано от галактическия газ и прах.

Ако дължината на вълната бе много по-къса, като видимата светлина, радиовълните щяха да бъдат разсеяни от праха. Ако дължината на вълната бе много по-голяма, вълните щяха да бъдат огънати от заредени облаци плазма, което щеше да изкриви изображението.

Накрая, след 26 000-годишен път, радиовълните са уловени и записани в радиообсерваториите, разположени по цялата планета.

Голямото географско разстояние между обсерваториите е било от съществено значение - то е позволило на колаборацията от изследователи да открие изключително фини разлики в радиовълните, събрани на всяко място, чрез процес, наречен интерферометрия.

Тези малки разлики се използват, за да се изведат миниатюрните разлики в разстоянието, което всяка радиовълна е изминала от своя източник. С помощта на компютърни алгоритми учените успяват да декодират разликите в дължината на пътя на радиовълните, за да възстановят формата на обекта, който ги е излъчвал.

Последното изображение на черната дупка е създадено с помощта на техника, наречена интерферометрия, при която се сравняват радиовълните, излъчвани от черната дупка и събрани от осем телескопа, разположени по целия свят. Ако два обекта съберат вълни, които са "във фаза", което означава, че върховете на вълните са в една линия, тогава двете вълни ще се сумират, за да създадат светло петно на изображението. Ако, от друга страна, вълните не са във фаза, което означава, че върхът на едната вълна съвпада с дъното на другата, вълните ще се анулират взаимно, създавайки тъмно петно на изображението. Работейки заедно, телескопите са в състояние да съберат по-подробни данни, отколкото всеки от тях би могъл да събере сам. 

Изследователите са включили всичко това в изображение с фалшиви цветове, където оранжевото представлява радиовълни с висок интензитет, а черното - с нисък интензитет.

"Но всеки телескоп улавя много малка част от радиосигнала", обяснява Фулвио Мелия (Fulvio Melia), астрофизик от Университета в Аризона, който е автор на статии за свръхмасивната черна дупка в нашата галактика. Тъй като пропускаме голяма част от сигнала, "вместо кристално ясна снимка, виждате нещо малко мъгливо... малко размазано".

Снимката помага да се разкрие повече за хоризонта на събитията на черната дупка - най-близката точка, до която нещо може да се приближи, без да бъде засмукано от черната дупка. Отвъд хоризонта на събитията дори светлината не може да избяга.

От изображението учените са успели да оценят по-добре размера на хоризонта на събитията и да заключат, че акреционният диск е наклонен с повече от 40 градуса спрямо диска на Млечния път, така че виждаме кръглата страна на плоския акреционен диск, а не тънката ивица на неговия край.

Но дори ако акреционният диск на черната дупка бе ориентиран с ръба си спрямо Земята, гравитацията около черната дупка изкривява пространството около нея дотолкова, че светлината, излъчвана от задната страна на черната дупка, би се огънала и би се насочила към нас, създавайки пръстеновидно изображение независимо от ориентацията ѝ. И така, откъде учените знаят нейната ориентация? Защото пръстенът е предимно кръгъл. Ако гледахме акреционния диск откъм ръба, тогава пръстенът щеше да е по-смачкан и продълговат.

Маркоф смята, че тази нова възможност да се надникне в сърцето на нашата галактика ще помогне да се запълнят пропуските в разбирането ни за еволюцията на галактиките и едромащабната структура на Вселената. Плътен, масивен обект като черна дупка в центъра на галактиката влияе върху движението на звездите и праха в близост до нея, а това оказва влияние върху начина, по който галактиката се променя с течение на времето. Свойствата на черната дупка, като например в каква посока се върти, зависят от историята на нейните сблъсъци - може би със звезди или други черни дупки.

"Много хора ... гледат небето и мислят, че всичко е статично, нали? Но това не е така. То е голяма екосистема от неща, които се развиват", обяснява Маркоф.

Засега фактът, че изображението съвпада толкова точно с очакванията на учените, го превръща във важно потвърждение на настоящите теории на физиката.

"Това беше прогноза, която имахме в продължение на две десетилетия", отбелязва Бауер, "че ще видим пръстен от такъв мащаб. Но знаете, че да видиш, значи да повярваш."

ИзточникWhat the Image of the Milky Way’s Black Hole Really Shows, Smithsonian Magazine


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Космология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.