Орбитальные телескопы могут помочь нам представить себе черные дыры, как никогда раньше.
Шепарду Доулману потребовалось почти десять лет, чтобы добиться невозможного.
В качестве директора Телескопа горизонта событий (EHT), проекта, в котором участвует международное сообщество сотен исследователей, он провел годы, путешествуя на чемоданах, наполненных жесткими дисками, по всему миру, чтобы координировать наблюдения между радиотелескопами на четырех континентах, включая Антарктиду.
9 апреля 2019 года сотрудничество наконец принесло плоды их труда, и мир надеялся на это.
первое изображение черной дыры .
Этот подвиг, который в 1973 году пионер теории черных дыр Джеймс Бардин назвал безнадежным, представляет собой выдающееся достижение в астрономических технологиях.
Но как только обработка данных была завершена и шампанское было разлито, сотрудничество EHT в некотором смысле стало похоже на собаку, поймавшую машину.
«Все были удивлены, что мы так быстро получили такое хорошее изображение», — говорит Эндрю Строминджер, физик-теоретик из Гарвардского университета.
«Шепард и Майкл [Джонсон, астрофизик Гарвард-Смитсоновского института и координатор EHT] спросили меня об этом.
«Что нам с этим делать? Мы сфотографировались, и что дальшеЭ» Теперь Строминджер и междисциплинарная группа исследователей, включающая теоретиков, экспериментаторов и философов, вернулись с диким ответом, что.
появился на прошлой неделе в журнале Science Advances. Имея доступ к телескопу, расположенному достаточно далеко, коллаборация EHT смогла обнаружить множественные отражения света, струящегося вокруг черной дыры.
Собрав воедино точные узоры этих запутанных лучей, астрономы смогут напрямую измерить основные свойства черных дыр и проверить теорию гравитации Эйнштейна, как никогда раньше.
По сути, они надеются, что черные дыры станут больше похожими на звезды и планеты: не просто объекты для размышлений, а объекты для непосредственного наблюдения.
«Это объекты, которые для меня были просто уравнениями, которые я пытался математически визуализировать в уме», — говорит Алекс Лупсаска , теоретик из Гарварда, работавший над исследованием.
«Но теперь у нас есть их настоящие фотографии».
Команда выполнила расчеты карандашом на бумаге, основанные на теории относительности Эйнштейна и моделировании с беспрецедентным разрешением, чтобы проанализировать, что черные дыры делают со светом.
Спойлер: произошло что-то странное.
«Черные дыры просто лучшие во всем, что они делают», — говорит Лупсаска.
Для этого нужно сгибать лучи света в петли.
Как самые плотные объекты, подчиняющиеся законам физики, черные дыры обладают огромным космическим гравитационным притяжением, и физики давно знали, что бездна скрывается в оболочках света.
Куда Земля может притянуть пролетающий космический валун - вытягивая его на несколько орбит прежде чем он улетит обратно в космос — черные дыры могут захватывать настоящие частицы света.
Все, что врезается в черную дыру, застревает внутри нее навсегда, но фотоны, приближающиеся к ее краю, могут совершить несколько витков вокруг черной дыры.
«Это искаженная, кричащая природа пространства-времени», — говорит Лупсаска.
Строминджер, Лупсаска и их коллеги точно рассчитали конкретную структуру световой оболочки и то, как она будет выглядеть при наблюдении с Земли.
Вот как это работает. Когда лучи света приближаются к черной дыре, ее ужасающая гравитация вытягивает их на орбиту.
Лучи, проходящие на определенном расстоянии, делают пол-оборота вокруг черной дыры, прежде чем уйти в космос.
Лучи, проходящие немного ближе, могут сделать полный круг, прежде чем вернуться туда, откуда пришли.
Лучи, проходящие ближе, могут еще сделать один или два оборота, еще два оборота и так далее.
Каждая из этих бесконечных групп световых лучей может формировать изображение (когда они попадают в камеру или глазное яблоко), поэтому черная дыра может создавать бесконечное количество таких изображений.
Строминджер сравнивает этот странный эффект с тем, что вы стоите между двумя зеркалами универмага и видите, как ваше отражение расширяется.
«В идеальном мире с идеальным телескопом вы бы посмотрели на черную дыру и увидели не только бесконечное количество вложенных друг в друга изображений, но и всю Вселенную», — говорит он.
Но EHT, как и все телескопы, не идеален.
Это даже не телескоп, а технический интерферометр.
Интерферометры работают путем сравнения наблюдений удаленной точки из двух разных мест. Чем дальше друг от друга расположены локации, тем более тонкие особенности объекта они смогут уловить.
Поскольку последовательные отражения черных дыр (которые могут показаться наблюдателю кольцами) становятся все тоньше и тоньше, астрономам приходится использовать более отдаленные обсерватории, чтобы увидеть их.
Чтобы обнаружить отражающие кольца, EHT придется пойти еще дальше.
В конечном итоге авторы исследования приходят к выводу, что сотрудничество должно добавить к их сети космическую обсерваторию.
Только один должен это сделать.
Спутник, вращающийся вокруг Земли, может четко идентифицировать первое кольцо, а корабль, вращающийся вокруг Луны, может увидеть второе.
Если бы они смогли доставить космический корабль к месту между Землей и Солнцем, известному как вторая точка Лагранжа (пункт назначения будущего космического телескопа Джеймса Уэбба), они смогли бы идентифицировать первые три кольца.
Такая миссия может стоить несколько сотен миллионов долларов — дорого, но не так дорого, как крупнейшие научные проекты.
«Когда-нибудь кто-нибудь это сделает», — говорит Лупсаска.
«Это вопрос времени».
На эту кучу денег астрофизики купят много знаний о черной дыре.
Наблюдение колец немедленно станет первой проверкой общей теории относительности в среде с достаточно сильной гравитацией, чтобы сгибать световые лучи в полные петли.
Конус колец очень точный, поэтому любое отклонение будет сигнализировать о том, что происходит что-то странное.
«Здесь нет места для маневра», — говорит Лупсаска.
«Вы выходите и проводите измерения, и они либо соответствуют теории, либо нет».
Небольшое количество теоретиков ожидают разрушения самой успешной теории Эйнштейна.
Скорее, их больше воодушевляет то, что кольца могут доказать существование двух черных дыр, достаточно близких, чтобы их можно было отобразить таким образом.
У астрономов есть несколько способов измерить основные свойства черной дыры, такие как ее масса и вращение, но для ее исследования им приходится делать множество предположений.
Рисунок колец зависит только от черной дыры, которая не имеет ничего общего со светящейся плазмой и близлежащими обломками, поэтому такие наблюдения могут дать физикам более четкий способ ответить на самые основные вопросы об этих загадочных объектах.
И этот анализ — только начало.
После того, как работа была представлена прошлым летом (в преддверии экспертной оценки), она вызвала волну последующих исследований, поскольку физики бросились развивать теорию.
«Это подчеркивает, что существует много интересных деталей, которые мы еще не исследовали, и это вдохновило на возможные новые исследования», — говорит Лизабет Химвич , аспирант Гарварда, который проанализировал, как тип света меняется от одного кольца к другому .
Лупсаска сравнивает усилия, которые необходимо предпринять на начальных этапах, на примере биологии.
«Прежде чем вы захотите понять, как секвенировать ДНК и использовать кластерные короткие палиндромные повторы для копирования и редактирования ДНК, сначала вы идете в лес и уточняете: «Это дерево, это цветок», — говорит он.
«Именно здесь мы находимся в области физики в изучении черных дыр как экспериментальной науки».
Теги: #Популярная наука #черные дыры
-
Простое Руководство По Покупке Ноутбука
19 Oct, 24 -
Также Можно Снимать Панорамы На Пленку.
19 Oct, 24 -
Другими Словами, Демо-Версия Игры На Unigine
19 Oct, 24 -
Оскп - Мой Опыт
19 Oct, 24 -
Планшетный Пк Samsung Series 7
19 Oct, 24 -
Интеграция Веб-Почты В Opera 10
19 Oct, 24 -
Объемные Планеты В 2D Через Шейдер
19 Oct, 24
