Τον Απρίλιο του 2019, η ιστορία της συνεργασίας του Event Horizon Telescope έγραψε ιστορία όταν κυκλοφόρησε το πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας ποτέ ληφθεί. Αυτό το επίτευγμα βρισκόταν σε εξέλιξη για δεκαετίες και πυροδότησε ένα διεθνές τσίρκο μέσων ενημέρωσης. Η εικόνα ήταν το αποτέλεσμα μιας τεχνικής γνωστής ως συμβολομετρίας, όπου παρατηρητήρια σε όλο τον κόσμο συνδύασαν το φως από τα τηλεσκόπια τους για να δημιουργήσουν μια σύνθετη εικόνα.
Αυτή η εικόνα έδειξε αυτό που οι αστροφυσικοί έχουν προβλέψει εδώ και πολύ καιρό, ότι η ακραία βαρυτική κάμψη προκαλεί την πτώση φωτονίων γύρω από τον ορίζοντα γεγονότων, συμβάλλοντας στους φωτεινούς δακτυλίους που τα περιβάλλουν. Την περασμένη εβδομάδα, στις 18 Μαρτίου, μια ομάδα ερευνητών από το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard-Smithsonian Η (CfA) ανακοίνωσε νέα έρευνα που δείχνει πώς οι εικόνες της μαύρης τρύπας θα μπορούσαν να αποκαλύψουν μια περίπλοκη υποδομή μέσα τους.
Η μελέτη που περιγράφει τα ευρήματά τους, με τίτλο « Καθολικές συμβολομετρικές υπογραφές του δακτυλίου φωτονίων μιας μαύρης τρύπας », δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικόΠροόδους της Επιστήμης. Επικεφαλής της ομάδας ήταν ο Μάικλ Τζόνσον, ένας αστροφυσικός της CfA, και μέλη από το Χάρβαρντ Πρωτοβουλία Μαύρης Τρύπας (BHI), Εθνικό Εργαστήριο του Λος Άλαμος, Κέντρο Θεωρητικής Επιστήμης του Πρίνστον και πολλά πανεπιστήμια.
Όπως εξήγησε ο Johnson σε πρόσφατο CfA δελτίο τύπου :
«Η εικόνα μιας μαύρης τρύπας περιέχει στην πραγματικότητα μια ένθετη σειρά δακτυλίων. Κάθε διαδοχικός δακτύλιος έχει περίπου την ίδια διάμετρο, αλλά γίνεται ολοένα και πιο οξύς επειδή το φως του περιφερόταν γύρω από τη μαύρη τρύπα περισσότερες φορές πριν φτάσει στον παρατηρητή. Με την τρέχουσα εικόνα EHT, έχουμε πιάσει μόνο μια γεύση από την πλήρη πολυπλοκότητα που θα έπρεπε να εμφανίζεται στην εικόνα οποιασδήποτε μαύρης τρύπας.'
Όπως μας λέει ο νόμος της Γενικής Σχετικότητας, τα βαρυτικά πεδία αλλάζουν την καμπυλότητα του χωροχρόνου. Στην περίπτωση μιας μαύρης τρύπας, το φαινόμενο είναι ακραίο και προκαλεί ακόμη και φως (φωτόνια) να πέσει γύρω τους. Αυτά τα φωτόνια ρίχνουν μια σκιά στον φωτεινό δακτύλιο του εισερχόμενου αερίου και σκόνης που επιταχύνεται σε σχετικιστικές ταχύτητες από τη βαρύτητα της μαύρης τρύπας.
Γύρω από αυτή τη σκιασμένη περιοχή υπάρχει ένας «δακτύλιος φωτονίων» που παράγεται από φωτόνια που συγκεντρώνονται από την ισχυρή βαρύτητα κοντά στη μαύρη τρύπα. Αυτός ο δακτύλιος μπορεί να πει στους αστρονόμους πολλά για τη μαύρη τρύπα, καθώς το μέγεθος και το σχήμα του αποκαλύπτουν τη μάζα και την περιστροφή (γνωστός και ως «σπιν») της μαύρης τρύπας. Λόγω των εικόνων EHT, οι ερευνητές της μαύρης τρύπας έχουν τώρα ένα εργαλείο με το οποίο μπορούν να μελετήσουν τις μαύρες τρύπες.
Σχολιασμένη εικόνα που δείχνει την εσωτερική δομή μιας μαύρης τρύπας.Πιστώσεις: George Wong (UIUC) και Michael Johnson (CfA)
Από τη δεκαετία του 1950, οι αστρονόμοι έχουν μάθει πολλά για αυτά μελετώντας την επίδραση που έχουν στο περιβάλλον τους. Με άλλα λόγια, η μελέτη των μαύρων τρυπών ήταν έμμεση και θεωρητική. Αλλά με τη δυνατότητα λήψης εικόνων αυτών των ουράνιων αντικειμένων, οι αστρονόμοι μπορούν τελικά να τα μελετήσουν άμεσα και να συλλέξουν πραγματικά δεδομένα.
Ο George Wong, μεταπτυχιακός φοιτητής φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Illinois στην Urbana-Champaign, ήταν υπεύθυνος για την ανάπτυξη λογισμικού για την παραγωγή προσομοιωμένων εικόνων μαύρης τρύπας. Αυτό το λογισμικό είναι αυτό που επέτρεψε τον υπολογισμό εικόνων με την υψηλότερη ανάλυση μέχρι σήμερα και επέτρεψε στην ομάδα τους να τις αποσυνθέσει στην προβλεπόμενη σειρά υποεικόνων. Ως Wong υποδεικνύεται :
«Η συγκέντρωση ειδικών από διαφορετικούς τομείς μας επέτρεψε να συνδέσουμε πραγματικά μια θεωρητική κατανόηση του δακτυλίου φωτονίων με αυτό που είναι δυνατό με την παρατήρηση. Αυτό που ξεκίνησε ως κλασικοί υπολογισμοί με μολύβι και χαρτί μας ώθησε να ωθήσουμε τις προσομοιώσεις μας σε νέα όρια».
Αυτό που εξέπληξε ιδιαίτερα τους ερευνητές, ωστόσο, ήταν πώς η υποδομή που αποκαλύπτεται από την εικόνα της μαύρης τρύπας δημιουργεί νέες ευκαιρίες για έρευνα. Ενώ οι υποδακτύλιοι που αποκάλυψαν είναι συνήθως αόρατοι με γυμνό μάτι στις εικόνες, παράγουν πολύ καθαρά σήματα όταν παρατηρούνται από συστοιχίες τηλεσκοπίων χρησιμοποιώντας συμβολομετρία.
Οπτικοποίηση μαύρης τρύπας από τη NASA (σχολιασμός). Πίστωση: Κέντρο διαστημικών πτήσεων Goddard της NASA/Jeremy Schnittman
Αυτό προσφέρει στους αστρονόμους έναν σχετικά εύκολο τρόπο να επεκτείνουν το έργο που έχει πραγματοποιήσει η συνεργασία EHT μέχρι στιγμής. «Ενώ η λήψη εικόνων μαύρης τρύπας απαιτεί κανονικά πολλά κατανεμημένα τηλεσκόπια, οι υποδακτύλιοι είναι τέλειοι για μελέτη χρησιμοποιώντας μόνο δύο τηλεσκόπια που απέχουν πολύ μεταξύ τους», είπε ο Τζόνσον. «Η προσθήκη ενός διαστημικού τηλεσκοπίου στο EHT θα ήταν αρκετή».
Τα πεδία της αστρονομίας και της αστροφυσικής έχουν γνωρίσει πολλαπλές επαναστάσεις τα τελευταία χρόνια. Μεταξύ των πρώτων παρατηρήσεων διαστρικών αντικειμένων, της επιβεβαίωσης των βαρυτικών κυμάτων και των πρώτων άμεσων παρατηρήσεων μιας μαύρης τρύπας. Αυτές οι πρωτιές επέτρεψαν την έρευνα που υπόσχεται να ξεκλειδώσει μια σειρά από διαρκή μυστήρια για τον κόσμο.
Η έρευνα της ομάδας κατέστη δυνατή εν μέρει από επιχορηγήσεις που εκδόθηκαν από τη NASA, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (NSF), το Υπουργείο Ενέργειας (DoE) και πολλά επιστημονικά και ερευνητικά ιδρύματα.
Περαιτέρω ανάγνωση: CfA