Udgivet i Skriv en kommentar

3 Kæmpe spørgsmål Det Sorte Hulbillede svarede ikke

et internationalt netværk af radioteleskoper har produceret det første nogensinde nærbillede af et sort huls skygge, som forskere afslørede i morges (10.April). Samarbejdet, kaldet Begivenhedshorisontteleskopet, bekræftede årtiers forudsigelser om, hvordan lys ville opføre sig omkring disse mørke objekter, og satte scenen for en ny æra med sort hul-astronomi.

“fra en skala fra nul til fantastisk, det var fantastisk,” sagde Erin Bonning, en astrofysiker og sort hulforsker ved Emory University, som ikke var involveret i billeddannelsesindsatsen.

“når det er sagt, var det, hvad jeg forventede,” fortalte hun .

meddelelsen, drillet i cirka halvanden uge i forvejen, formåede at være både utrolig spændende og næsten fuldstændig blottet for overraskende detaljer eller ny fysik. Fysikken brød ikke sammen. Ingen uventede træk ved sorte huller blev afsløret. Selve billedet var næsten et perfekt match til illustrationer af sorte huller, vi er vant til at se i videnskab og popkultur. Den store forskel er, at det er en hel masse blurrier.

der var flere vigtige spørgsmål relateret til sorte huller, der forblev uløst, sagde Bonning imidlertid.

hvordan producerer sorte huller deres enorme stråler af varmt, hurtigt stof?

alle supermassive sorte huller har evnen til at tygge stof i nærheden, absorbere det meste af det forbi deres begivenhedshorisonter og spytte resten ud i rummet med næsten lyshastighed i flammende tårne astrofysikere kalder “relativistiske jetfly.”

og det sorte hul i midten af Virgo a (Også kaldet Messier 87) er berygtet for sine imponerende jetfly, spydende stof og stråling over hele rummet. Dens relativistiske jetfly er så store, at de fuldt ud kan undslippe den omgivende galakse.

et Hubble-billede fra 1998 viser den relatavistiske jet, der undslipper Virgo A. (Billedkredit: J. A. Biretta et al., Hubble Heritage Team (STSCI /AURA), NASA)

og fysikere kender de brede streger af, hvordan dette sker: materialet accelererer til ekstreme hastigheder, da det falder ind i det sorte huls tyngdekraft godt, så undslipper noget af det, mens det bevarer den inerti. Men forskere er uenige om detaljerne i, hvordan dette sker. Dette billede og de tilhørende papirer tilbyder endnu ikke nogen detaljer.

at finde ud af det, sagde Bonning, vil være et spørgsmål om at forbinde Begivenhedshorisonter teleskopobservationer — som dækker en forholdsvis lille mængde plads — med de meget større billeder af relativistiske jetfly.

mens fysikere endnu ikke har svar, sagde hun, er der en god chance for, at de kommer snart — især når samarbejdet producerer billeder af sit andet mål: det supermassive sorte hul Skytten A* i midten af vores egen galakse, som ikke producerer jetfly som Virgo A ‘ S. sammenligning af de to billeder, sagde hun, kan give en vis klarhed.

hvordan passer generel relativitet og kvantemekanik sammen?

når fysikere mødes for at tale om en virkelig spændende ny opdagelse, kan du forvente at høre nogen foreslå, at det kan hjælpe med at forklare “kvantegravitation.”

det er fordi kvantegravitation er det store ukendte i fysikken. I omkring et århundrede har fysikere arbejdet med to forskellige regelsæt: generel relativitet, der dækker meget store ting som tyngdekraften, og kvantemekanik, der dækker meget små ting. Problemet er, at disse to regelbøger direkte modsiger hinanden. Kvantemekanik kan ikke forklare tyngdekraften, og relativitet kan ikke forklare kvanteopførsel.

en dag håber fysikere at forbinde de to sammen i en stor samlet teori, der sandsynligvis involverer en slags kvantegravitation.

og før meddelelsen i dag var der spekulationer om, at det kunne omfatte noget gennembrud om emnet. (Hvis general relativity ‘ s forudsigelser ikke var blevet båret ud i billedet, ville det have flyttet bolden fremad.) Under en nyheds briefing fra National Science Foundation foreslog Avery Broderick, en fysiker ved University of South Africa i Canada, og en samarbejdspartner på projektet, at de slags svar kunne komme.

men Bonning var skeptisk over for denne påstand. Dette billede var helt overraskende fra et generelt relativitetsperspektiv, så det tilbød ingen ny fysik, der kunne lukke kløften mellem de to felter, sagde Bonning.

alligevel er det ikke vanvittigt, at folk håber på svar fra denne form for observation, sagde hun, fordi kanten af et sort huls skygge bringer relativistiske kræfter ind i små kvantestørrelsesrum.

“vi ville forvente at se kvantegravitation meget, meget tæt på begivenhedshorisonten eller meget, meget tidligt i det tidlige univers ,” sagde hun.

men ved den stadig sløret opløsning af Event horisonter teleskop, sagde hun, Vi er ikke tilbøjelige til at finde den slags effekter, selv med planlagte opgraderinger indgående.

var Stephen Høgings teorier lige så korrekte som Einsteins?

fysikeren Stephen Høgings største tidlige karrierebidrag til fysik var ideen om “Høgestråling”-at sorte huller faktisk ikke er sorte, men udsender små mængder stråling over tid. Resultatet var enormt vigtigt, fordi det viste, at når et sort hul holder op med at vokse, vil det begynde at krympe meget langsomt fra energitabet.

men teleskopet til Begivenhedshorisonter bekræftede eller benægtede ikke denne teori, sagde Bonning, ikke at nogen forventede det.

kæmpe sorte huller som den i Jomfruen a, sagde hun, udsender kun minimale mængder Høgestråling sammenlignet med deres samlede størrelse. Mens vores mest avancerede instrumenter nu kan registrere de lyse lys i deres begivenhedshorisonter, er der ringe chance for, at de nogensinde vil drille den ultra-svage glød fra et supermassivt sort huls overflade.

disse resultater, sagde hun, vil sandsynligvis komme fra de mindste sorte huller — teoretiske, kortvarige objekter så små, at du måske vedlægger hele deres begivenhedshorisont i din hånd. Med mulighed for up-close observationer, og meget mere stråling til rådighed i forhold til deres samlede størrelse, mennesker kan i sidste ende finde ud af at producere eller finde en og opdage dens stråling.

så hvad lærte vi faktisk af dette billede?

først lærte fysikere, at Einstein igen havde ret. Kanten af skyggen, så vidt teleskopet til Begivenhedshorisonter kan se, er en perfekt cirkel, ligesom fysikere i det 20.århundrede, der arbejdede med Einsteins ligninger om generel relativitet, forudsagde.

“jeg tror ikke, at nogen skal blive overrasket, når endnu en test af generel relativitet passerer,” sagde Bonning. “Hvis de havde gået på scenen og sagt, at den generelle relativitet var brudt, ville jeg være faldet af min stol.”

resultatet med mere umiddelbare, praktiske implikationer, sagde hun, var, at billedet gjorde det muligt for forskere præcist at måle massen af dette supermassive sorte hul, der sidder 55 millioner lysår væk i hjertet af jomfruen en galakse. Det er 6,5 milliarder gange mere massivt end vores sol.

det er en stor ting, sagde Bonning, fordi det kunne ændre den måde, fysikere Vejer de supermassive sorte huller i hjertet af andre, fjernere eller mindre galakser.

lige nu har fysikere en temmelig præcis måling af massen af det supermassive sorte hul i hjertet af Mælkevejen, sagde Bonning, fordi de kan se, hvordan dens tyngdekraft bevæger individuelle stjerner i nabolaget.

men i andre galakser kan vores teleskoper ikke se bevægelser af individuelle stjerner, sagde hun. Så fysikere sidder fast med grovere målinger: Hvordan det sorte huls masse påvirker lys, der kommer fra forskellige lag af stjerner i galaksen, eller hvordan dets masse påvirker lys, der kommer fra forskellige lag af fritflydende gas i galaksen.

men disse beregninger er ufuldkomne, sagde hun.

“du skal modellere et meget komplekst system,” sagde hun.

og de to metoder ender med at producere noget forskellige resultater i hver galakse fysikere observere. Men i det mindste for det sorte hul i Jomfruen A ved vi nu, at en metode er korrekt.

“vores bestemmelse af 6.5 milliarder solmasser ender med at lande lige oven på den tungere massebestemmelse fra ,” sagde Sera Markoff, en astrofysiker fra University of Amsterdam og en samarbejdspartner om projektet i nyhedsbriefingen.

det betyder ikke, at fysikere bare vil flytte engros til den tilgang til måling af sorte hulmasser, sagde Bonning. Men det giver et vigtigt datapunkt til raffinering af fremtidige beregninger.

  • de største uløste mysterier i fysik
  • de 12 mærkeligste objekter i universet
  • Stephen Høgings mest Vidtløste ideer om sorte huller

oprindeligt udgivet på Live Science.

seneste nyheder

{{ artikelnavn }}

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.