Julkaistu Jätä kommentti

3 valtavaa kysymystä mustan aukon Kuva ei vastannut

kansainvälinen radioteleskooppiverkosto on tuottanut kaikkien aikojen ensimmäisen lähikuvan mustan aukon varjosta, jonka tutkijat paljastivat tänä aamuna (10.huhtikuuta). Yhteistyö, nimeltään Event Horizon Telescope, vahvisti vuosikymmeniä ennusteita siitä, miten valo käyttäytyisi näiden tummien kohteiden ympärillä, ja loi näyttämön uudelle mustan aukon tähtitieteen aikakaudelle.

”asteikolla nollasta hämmästyttävään, se oli hämmästyttävää”, sanoi Erin Bonning, astrofyysikko ja mustan aukon tutkija Emoryn yliopistosta, joka ei ollut mukana kuvantamisponnistuksessa.

”that said, it was what I expected”, hän kertoi Live Sciencelle.

noin puolitoista viikkoa etukäteen kiusattu ilmoitus onnistui olemaan sekä uskomattoman jännittävä että lähes täysin vailla yllättäviä yksityiskohtia tai uutta fysiikkaa. Fysiikka ei romahtanut. Mitään yllättäviä piirteitä mustista aukoista ei paljastunut. Kuva itsessään sopi lähes täydellisesti kuviin mustista aukoista, joita olemme tottuneet näkemään tieteessä ja popkulttuurissa. Iso ero on siinä, että se on paljon sumeampi.

mustiin aukkoihin liittyviä tärkeitä kysymyksiä jäi kuitenkin ratkaisematta, Bonning sanoi.

miten mustat aukot tuottavat valtavan suihkunsa kuumaa, nopeaa ainetta?

kaikilla supermassiivisilla mustilla aukoilla on kyky pureskella läheistä Materiaa, absorboida suurin osa siitä tapahtumahorisonttien ohi ja sylkeä loput avaruuteen lähes valonnopeudella liekehtivissä torneissa, joita astrofyysikot kutsuvat ”relativistisiksi suihkuiksi.”

ja Neitsyt A: n keskellä oleva musta aukko (jota kutsutaan myös Messier 87: ksi) on tunnettu vaikuttavista suihkuistaan, ainetta sylkevistä ja säteilystä ympäri avaruutta. Sen relativistiset suihkukoneet ovat niin valtavia, että ne voivat täysin paeta ympäröivästä galaksista.

Hubblen vuoden 1998 kuvassa näkyy Neitsyt A: ta pakeneva relatavistinen suihkukone. (Kuvasaldo: J. A. Biretta et al., Hubble Heritage Team (STScI / AURA), NASA)

ja fyysikot tietävät, miten tämä tapahtuu: materiaali kiihtyy äärimmäisiin nopeuksiin, kun se putoaa mustan aukon painovoimakaivoon, sitten osa siitä pakenee säilyttäen sen inertian. Tutkijat ovat kuitenkin erimielisiä siitä, miten tämä tapahtuu. Kuva ja siihen liittyvät paperit eivät vielä kerro yksityiskohtia.

tämän selvittäminen, Bonning sanoi, Tulee olemaan kysymys Event Horizons — Teleskooppihavaintojen — jotka kattavat melko pienen määrän avaruutta-yhdistämisestä relativististen suihkukoneiden paljon suurempiin kuviin.

vaikka fyysikoilla ei vielä ole vastauksia, hän sanoi, että on hyvin mahdollista, että ne tulevat pian — varsinkin kun yhteistyö tuottaa kuvia toisesta kohteestaan: supermassiivisesta mustasta aukosta Sagittarius A*: sta oman galaksimme keskustassa, joka ei tuota Virgo A: n kaltaisia suihkuja.

miten yleinen suhteellisuusteoria ja kvanttimekaniikka sopivat yhteen?

aina kun fyysikot kokoontuvat puhumaan todella jännittävästä uudesta löydöstä, voi odottaa kuulevansa jonkun ehdottavan, että se voisi auttaa selittämään ”kvanttigravitaation.”

tämä johtuu siitä, että kvanttigravitaatio on fysiikan suuri tuntematon. Noin sadan vuoden ajan fyysikot ovat käyttäneet kahta eri sääntökokonaisuutta: yleistä suhteellisuusteoriaa, joka kattaa hyvin suuret asiat, kuten painovoiman, ja kvanttimekaniikkaa, joka kattaa hyvin pienet asiat. Ongelma on, että nuo kaksi sääntökirjaa ovat suoraan ristiriidassa keskenään. Kvanttimekaniikka ei voi selittää painovoimaa, eikä suhteellisuusteoria kvanttikäyttäytymistä.

jonain päivänä fyysikot toivovat voivansa yhdistää nämä kaksi toisiinsa suurella yhtenäisteorialla, johon todennäköisesti liittyy jonkinlainen kvanttigravitaatio.

ja ennen tämänpäiväistä julkistusta spekuloitiin, että se saattaisi sisältää jonkinlaisen läpimurron aiheesta. (Jos yleisen suhteellisuusteorian ennustukset eivät olisi toteutuneet kuvassa, se olisi siirtänyt palloa eteenpäin.) Aikana tiedotustilaisuus National Science Foundation, Avery Broderick, fyysikko University of Waterloo Kanadassa, ja yhteistyökumppani hankkeen, ehdotti tällaisia vastauksia voisi olla tulossa.

, mutta Bonning suhtautui väitteeseen skeptisesti. Tämä kuva oli yleisen suhteellisuusteorian näkökulmasta täysin yllätyksetön, joten se ei tarjonnut mitään uutta fysiikkaa, joka voisi kuroa umpeen kuilun näiden kahden kentän välillä, Bonning sanoi.

silti ei ole hullua, että ihmiset toivovat vastauksia tämänkaltaisesta havainnosta, hän sanoi, koska mustan aukon varjon reuna tuo relativistiset voimat pieniin, kvanttikokoisiin avaruuksiin.

”odottaisimme näkevämme kvanttigravitaation hyvin, hyvin lähellä tapahtumahorisonttia tai hyvin, hyvin varhaisessa maailmankaikkeudessa”, hän sanoi.

mutta Event Horizons Telescopen yhä sumealla resoluutiolla, hän sanoi, emme todennäköisesti löydä tuollaisia efektejä, edes suunnitelluilla päivityksillä.

olivatko Stephen Hawkingin teoriat yhtä oikeita kuin Einsteinin?

fyysikko Stephen Hawkingin uran suurin anti fysiikalle oli ajatus ”Hawkingin säteilystä”-että mustat aukot eivät todellisuudessa ole mustia, vaan lähettävät pieniä määriä säteilyä ajan kuluessa. Tulos oli valtavan tärkeä, koska se osoitti, että kun musta aukko lakkaa kasvamasta, se alkaa hyvin hitaasti kutistua energiahäviöstä.

mutta Event Horizons-teleskooppi ei Bonningin mukaan vahvistanut tai kieltänyt tätä teoriaa, eikä kukaan osannut odottaa sitä.

Neitsyt A: n kaltaiset jättiläismäiset mustat aukot säteilevät hänen mukaansa vain vähäisiä määriä Hawking-säteilyä verrattuna niiden yleiseen kokoon. Vaikka kehittyneimmät instrumenttimme voivat nyt havaita niiden tapahtumahorisonttien kirkkaat valot, on hyvin epätodennäköistä, että ne koskaan kiusaavat supermassiivisen mustan aukon pinnan erittäin himmeää hehkua.

nuo tulokset tulevat hänen mukaansa todennäköisesti pienimmistä mustista aukoista — teoreettisista, lyhytikäisistä kohteista, jotka ovat niin pieniä, että niiden koko tapahtumahorisontti saattaa sulautua käteesi. Kun ihmisillä on mahdollisuus tehdä lähihavaintoja ja saada paljon enemmän säteilyä verrattuna niiden kokonaiskokoon, he saattavat lopulta keksiä, miten tuottaa tai löytää sellaisen ja havaita sen säteilyn.

joten mitä me oikeastaan opimme tästä kuvasta?

ensin fyysikot saivat tietää, että Einstein oli oikeassa, jälleen kerran. Varjon reuna, niin pitkälle kuin Event Horizons-teleskooppi voi nähdä, on täydellinen ympyrä, aivan kuten 1900-luvun fyysikot, jotka työskentelivät Einsteinin yleisen suhteellisuusteorian yhtälöiden parissa, ennustivat.

” en usko, että kenenkään pitäisi yllättyä, kun taas yksi yleisen suhteellisuusteorian testi menee läpi”, Bonning sanoi. ”Jos he olisivat kävelleet lavalle ja sanoneet, että yleinen suhteellisuusteoria on mennyt rikki, olisin pudonnut tuoliltani.”

tulos, jolla oli välittömämpiä käytännön seurauksia, oli hänen mukaansa se, että kuvan avulla tiedemiehet pystyivät tarkasti mittaamaan tämän supermassiivisen mustan aukon massan, joka sijaitsee 55 miljoonan valovuoden päässä Neitsyen a-galaksin sydämessä. Se on 6,5 miljardia kertaa massiivisempi kuin aurinkomme.

se on iso juttu, Bonning sanoi, koska se voi muuttaa fyysikoiden tapaa punnita supermassiivisia mustia aukkoja muiden, kaukaisempien tai pienempien galaksien sydämissä.

juuri nyt fyysikoilla on melko tarkka mitta Linnunradan ytimessä olevan supermassiivisen mustan aukon massasta, Bonning sanoi, koska he voivat seurata, miten sen painovoima liikuttaa yksittäisiä tähtiä sen naapurustossa.

mutta muissa galakseissa kaukoputkemme eivät näe yksittäisten tähtien liikkeitä, hän sanoi. Fyysikot ovat jumissa kovemmissa mittauksissa: Miten mustan aukon massa vaikuttaa galaksin eri tähtikerroksista tulevaan valoon, tai miten sen massa vaikuttaa galaksin eri kaasukerroksista tulevaan valoon.

mutta ne laskelmat ovat epätäydellisiä, hän sanoi.

”täytyy mallintaa hyvin monimutkainen järjestelmä”, Hän sanoi.

ja nämä kaksi menetelmää päätyvät tuottamaan jonkin verran erilaisia tuloksia jokaisessa galaksifyysikkojen havainnoimassa galaksissa. Mutta ainakin Virgo A: n mustan aukon osalta tiedämme nyt, että yksi menetelmä on oikea.

” meidän päättäväisyytemme 6.5 miljardia Auringon massaa päätyy laskeutumaan suoraan raskaamman massan määrityksen päälle”, Sera Markoff, astrofyysikko Amsterdamin yliopistosta ja projektin yhteistyökumppani sanoi tiedotustilaisuudessa.

se ei tarkoita, että fyysikot siirtyisivät vain tukkumyyntinä tuohon lähestymistapaan mustan aukon massojen mittaamisessa, Bonning sanoi. Mutta se tarjoaa tärkeän datapisteen tulevien laskelmien hiomiseen.

  • fysiikan suurimmat Ratkaisemattomat mysteerit
  • maailmankaikkeuden 12 oudointa esinettä
  • Stephen Hawkingin kaukaisimmat ajatukset mustista aukoista

julkaistu alun perin Live Science-sivustolla.

tuoreita uutisia

{{ articleName }}

Vastaa

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista.