Astronomer orkestrerte radiofat-teleskoper over hele verden til et virtuelt kamera i jordstørrelse for et dristig nytt eksperiment som forsøker å levere det første bildet av et svart hull noensinne. Teleskopsamarbeidet er satt til gi en stor kunngjøring av resultatene denne uken, og medlemmene beskrev også sin forskningstilnærming på en samtale i mars.
Svarte hull er ekstreme varp i romtiden som er så sterke, at den enorme tyngdekraften ikke engang lar lys slippe ut når det først er nær nok.
Astronomenes idé er å fotografere den sirkulære ugjennomsiktige silhuetten av et svart hull støpt på en lys bakgrunn. Skyggekanten er hendelseshorisonten, et svart hulls punkt uten tilbakevending. Et bilde er verdt tusen ord, og et fotografi av et svart hull ville være et viktig verktøy for å forstå astrofysikk, kosmologi og sorte hulls rolle i universet.
Hvis en astronaut la en appelsin på månens overflate, ville sitrusfrukten være veldig vanskelig å se fra Jorden. Svarte hull er like vanskelig å få øye på, sa Sheperd Doeleman, prosjektdirektøren for et ambisiøst nytt prosjekt kalt Event Horizon Telescope.
Doeleman delte denne anekdoten med et publikum på et panel på South by Southwest (SXSW) -festivalen i Austin, Texas, forrige måned. Doeleman og medarbeidere Sera Markoff, Peter Galison og Dimitrios Psaltis belyste hvordan prosjektet fungerer under SXSW-arrangementet, "EHT: En planiell innsats for å fotografere et svart hull."
Svarte hull er massive strukturer sammenlignet med planeter og mennesker. Men det som virker stort for oss, er i galaktisk skala, smått liten. Så å fotografere et svart hulls hendelseshorisont komplisert.
"Et av EHT-målene er omtrent 10 prosent av størrelsen på solsystemet vårt," sa Sera Markoff, en astrofysiker fra University of Amsterdam, under panelet. Det supermassive sorte hullet i midten av Melkeveien, heter Skytten A *, er omtrent på størrelse med bane til Merkur, la Doeleman til.
Hvis et romskip kunne poste astronomer ut av Melkeveien, som er rundt 50 milliarder ganger større enn Skytten A *, ifølge Markoff, ville det å finne dette sorte hullet mellom milliarder av andre stjerner og planeter i galaksen være ganske vanskelig.
For å observere det supermassive sorte hullet i midten av Melkeveis galaksen, eller for å se et annet av prosjektets mål - det supermassive sorte hullet i kjernen av den supergiant elliptiske galaksen Messier 87 - måtte EHT-teamet gjøre Jorden til et virtuelt teleskop plattform. Det er fordi kraften til et teleskop for å løse bilder er begrenset til størrelsen på parabolen, og ved å bruke en rekke instrumenter over hele verden, er teamet effektivt i ferd med å bryte opp parabolen og spre brikkene globalt for å få et stort romøye.
Radioteleskopobservatoriene som var involvert i EHTs 2017-observasjoner var ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array i Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) i Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) i Spania; LMT (Large Millimeter Telescope) i Mexico; SMT (Submillimeter Telescope) i Arizona; JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) på Hawaii; SMA (SubMillimeter Array) på Hawaii, og SPT (South Pole Telescope) i Antarktis.
Koordinerte observasjoner ble også gjort i røntgen- og gammastrålebåndene.
Skytten A * er sovende, noe som betyr at den ikke bruker mye stjerner og gass i nærheten, og frigjør stråling. Et aktivt svart hull lurer seg inne i Messier 87. For å se det supermassive sorte hullet i nabolaget og det som kurerer lenger unna, må teleskopene observere "hele spekteret av det elektromagnetiske spekteret, fra radioen opp til gammastrålene," sa Markoff.
Var Einstein 100% rett?
I prosjektets kjerne ønsker de 200 forskerne å svare på to spørsmål, ifølge Psaltis, en astronom og fysiker ved University of Arizona. Den første er ganske enkelt hvis det er mulig å fotografere et svart hull. Men den andre viktige tingen de spør er om Einstein hadde 100 prosent rett til hvordan sorte hull oppfører seg.
"Einstein fortalte oss for 100 år siden nøyaktig hva størrelsen og formen til den [sorte hullets] skygge skulle være. Hvis vi kunne legge en linjal over den skyggen, ville vi kunne teste Einsteins teori om det sorte hullets grense," Sa Doeleman.
Teamet ønsket også å bygge modeller som ville beskrive sorte hull under forskjellige omstendigheter, som deretter vil bli sammenlignet med EHT-observasjoner.
I arbeidet som ble beskrevet på SXSW, brukte teamet grafikkbehandlingsenheter (GPUer), som de som ble brukt i favorittvideospillkonsollene eller datamaskinen din, for å modellere alle de hypotetiske variantene av et svart hullmiljø. De produserte hundrevis av gigabyte 3D-volumdata for å modellere mulighetene. Psaltis sa at fotoner, plasma, gass og magnetiske felt er alle beskrevet i et svart hulls prognose.
Når de først har fått en, kan teamet sammenligne et bilde av et svart hulls skygge med de forskjellige scenariene behandlet av GPU-ene for å lage en mest mulig realistisk simulering av hvordan et svart hull oppfører seg, basert på vår nåværende forståelse av fysikk.
"Hva svarthullsbildet kan gjøre for oss, hvis vi kan få det til, ville være å ta noe som er det mest ekstreme, den merkeligste spådommen om generell relativitet, en av de store bragdene i menneskesinnet, [og] kombinere det med den mest avanserte elektronikken med et planetskala-samarbeid med den mest avanserte statistikken [og] nye bildeteknikkene, "sa Galison, en professor ved Harvard University, under panelet. "Det er som å lage et nytt kamera med en ny type film, en ny type objektiv, kombinere det med andre kameraer på en gang, og hvis det kan skje, hvis vi faktisk kunne komme inn og se helt nær horisonten ."
Galison la til at det første bildet av et svart hull ville bevise, utover en skygge av tvil - ordspill ment - at disse gigantiske, mektige og unnvikende strukturer eksisterer.
- Mystisk "ku" -sprengning i verdensrommet kan avsløre fødselen av et svart hull
- Denne trippy simuleringen viser hvordan monster svarte hull gløder før de kolliderer
- Sjelden sett mellomvekt Black Hole Gobbles Star
