Geplaatst op Geef een reactie

3 enorme vragen The Black Hole Image Didn ‘ t Answer

een internationaal netwerk van radiotelescopen heeft het allereerste close-up beeld van de schaduw van een zwart gat geproduceerd, dat wetenschappers vanmorgen (10 April) onthulden. De samenwerking, genaamd de Event Horizon Telescope, bevestigde tientallen jaren van voorspellingen van hoe licht zich zou gedragen rond deze donkere objecten, en zette het podium voor een nieuw tijdperk van zwarte gaten astronomie.”From a scale of zero to amazing, it was amazing,” zei Erin Bonning, een astrofysicus en zwart gat onderzoeker aan Emory University die niet betrokken was bij de imaging inspanning.”That said, it was what I expected,” vertelde ze aan Live Science.

de aankondiging, die ongeveer anderhalve week van tevoren werd gepest, was zowel ongelooflijk spannend als bijna volledig verstoken van verrassende details of nieuwe fysica. De natuurkunde is niet ingestort. Er werden geen onverwachte kenmerken van zwarte gaten onthuld. Het beeld zelf was bijna een perfecte match voor illustraties van zwarte gaten die we gewend zijn te zien in de wetenschap en de popcultuur. Het grote verschil is dat het een stuk vager is.

er waren verschillende belangrijke vragen met betrekking tot zwarte gaten die onopgelost bleven, echter, zei Bonning.

hoe produceren zwarte gaten hun enorme stralen hete, snelle materie?Alle superzware zwarte gaten hebben de mogelijkheid om materie in de buurt op te kauwen, het grootste deel ervan te absorberen voorbij hun gebeurtenishorizon, en de rest met bijna lichtsnelheid de ruimte in te spugen in brandende torens die astrofysici relativistische jets noemen.”

en het zwarte gat in het centrum van maagd A (ook Messier 87 genoemd) is berucht om zijn indrukwekkende stralen, spuwen materie en straling over de hele ruimte. De relativistische stralen zijn zo groot dat ze volledig kunnen ontsnappen aan de omringende Melkweg.

een Hubble-afbeelding uit 1998 toont de relatavistische straal die ontsnapt aan Maagd A. (Beeld door: J. A. Biretta et al., Hubble Heritage Team (STScI /AURA), NASA)

natuurkundigen kennen de grote lijnen van hoe dit gebeurt: het materiaal versnelt tot extreme snelheden als het in de zwaartekracht van het zwarte gat valt, dan ontsnapt een deel ervan terwijl het die inertie behoudt. Maar wetenschappers zijn het niet eens over de details van hoe dit gebeurt. Deze afbeelding en de bijbehorende papers bieden nog geen details.

dat uitzoeken, zei Bonning, zal een kwestie zijn van het koppelen van Event Horizons Telescope observations — die een vrij kleine hoeveelheid ruimte bestrijken — met de veel grotere beelden van relativistische stralen.

terwijl natuurkundigen nog geen antwoorden hebben, zei ze, is er een goede kans dat ze snel zullen komen — vooral als de samenwerking beelden produceert van zijn tweede doelwit: het superzware zwarte gat Boogschutter A* in het centrum van ons eigen sterrenstelsel, dat geen stralen produceert zoals Virgo A ‘ S. het vergelijken van de twee beelden, zei ze, zou wat duidelijkheid kunnen bieden.

hoe passen algemene relativiteit en kwantummechanica bij elkaar?

wanneer natuurkundigen samenkomen om te praten over een echt spannende nieuwe ontdekking, kun je verwachten dat iemand suggereert dat het zou kunnen helpen verklaren “kwantumzwaartekracht.”

dat komt omdat kwantumzwaartekracht het grote onbekende is in de natuurkunde. Ongeveer een eeuw lang hebben natuurkundigen gewerkt met behulp van twee verschillende reeksen regels: algemene relativiteit, die betrekking heeft op zeer grote dingen zoals zwaartekracht, en kwantummechanica, die betrekking heeft op zeer kleine dingen. Het probleem is dat deze twee regels elkaar rechtstreeks tegenspreken. Kwantummechanica kan zwaartekracht niet verklaren, en relativiteit kan kwantumgedrag niet verklaren.

ooit hopen natuurkundigen de twee met elkaar te verbinden in een grote verenigde theorie, waarschijnlijk met een soort kwantumzwaartekracht.

en vóór de aankondiging van vandaag werd er gespeculeerd dat er een doorbraak zou kunnen zijn over dit onderwerp. (Als de voorspellingen van de algemene relativiteitstheorie niet in het beeld waren bevestigd, zou dat de bal vooruit hebben bewogen. Tijdens een nieuwsbriefing van de National Science Foundation suggereerde Avery Broderick, een natuurkundige aan de Universiteit van Waterloo in Canada, en een medewerker aan het project, dat dit soort antwoorden zouden kunnen komen.

maar Bonning was sceptisch over die bewering. Dit beeld was geheel niet verwonderlijk vanuit een algemene relativiteitsperspectief, dus het bood geen nieuwe fysica die de kloof tussen de twee velden zou kunnen dichten, Bonning zei.

toch is het niet gek dat mensen hopen op antwoorden van dit soort observatie, zei ze, omdat de rand van de schaduw van een zwart gat relativistische krachten in kleine, kwantum-grootte ruimten brengt.

“we zouden verwachten dat kwantumzwaartekracht zeer, zeer dicht bij de waarnemingshorizon of zeer, zeer vroeg in het vroege universum zou worden gezien,” zei ze.

maar bij de nog steeds wazige resolutie van Event Horizons Telescope, zei ze, zullen we waarschijnlijk dit soort effecten niet vinden, zelfs niet met geplande upgrades binnenkomende.

waren de theorieën van Stephen Hawking even juist als die van Einstein?De grootste bijdrage van de natuurkundige Stephen Hawking aan de natuurkunde aan het begin van zijn carrière was het idee van “Hawking-straling” — dat zwarte gaten niet echt zwart zijn, maar in de loop van de tijd kleine hoeveelheden straling uitzenden. Het resultaat was enorm belangrijk, want het toonde aan dat zodra een zwart gat stopt met groeien, het heel langzaam zal beginnen te krimpen van het energieverlies.

maar de Event Horizons Telescope bevestigde of ontkende deze theorie niet, zei Bonning, niet dat iemand dat verwachtte.= = = Grote zwarte gaten = = = grote zwarte gaten, zoals die in Maagd A, geven slechts minimale hoeveelheden Hawking-straling af in vergelijking met hun totale omvang. Terwijl onze meest geavanceerde instrumenten nu de felle lichten van hun event horizons kunnen detecteren, is er weinig kans dat ze ooit de ultra-dim gloed van het oppervlak van een superzwaar zwart gat eruit zullen halen.

deze resultaten, zei ze, zullen waarschijnlijk afkomstig zijn van de kleinste zwarte gaten — theoretische, kortlevende objecten zo klein dat je hun hele gebeurtenishorizon in je hand zou kunnen omsluiten. Met de mogelijkheid voor up-close observaties, en veel meer straling beschikbaar in vergelijking met hun totale omvang, mensen misschien uiteindelijk uit te vinden hoe te produceren of te vinden en de straling te detecteren.

wat hebben we eigenlijk geleerd van deze afbeelding?Eerst ontdekten natuurkundigen dat Einstein opnieuw gelijk had. De rand van de schaduw, voor zover de Event Horizons telescoop kan zien, is een perfecte cirkel, net zoals natuurkundigen in de 20e eeuw die werkten met Einsteins vergelijkingen van algemene relativiteitstheorie voorspelden.”I don’ t think anyone should be surprised when yet another test of general relativity passes,” zei Bonning. “Als ze op het podium hadden gelopen en hadden gezegd dat de algemene relativiteit was gebroken, zou ik van mijn stoel zijn gevallen.”

het resultaat met meer directe, praktische implicaties, zei ze, was dat het beeld wetenschappers in staat stelde om precies de massa te meten van dit superzware zwarte gat, dat 55 miljoen lichtjaar verwijderd ligt in het hart van de Maagd a melkwegstelsel. Het is 6,5 miljard keer zwaarder dan onze zon.

dat is belangrijk, zei Bonning, omdat het de manier kan veranderen waarop natuurkundigen de superzware zwarte gaten in de harten van andere, verder afgelegen of kleinere sterrenstelsels wegen.

op dit moment hebben natuurkundigen een vrij nauwkeurige meting van de massa van het superzware zwarte gat in het hart van de Melkweg, zei Bonning, omdat ze kunnen kijken hoe de zwaartekracht individuele sterren in zijn omgeving beweegt.

maar in andere sterrenstelsels kunnen onze telescopen de bewegingen van individuele sterren niet zien, zei ze. Fysici zitten dus vast aan ruwere metingen: Hoe de massa van het zwarte gat licht beïnvloedt dat afkomstig is van verschillende lagen sterren in het melkwegstelsel, of hoe de massa het licht beïnvloedt dat afkomstig is van verschillende lagen vrij zwevend gas in het melkwegstelsel.

maar die berekeningen zijn onvolmaakt, zei ze.

“je moet een zeer complex systeem modelleren,” zei ze.

en de twee methoden resulteren uiteindelijk in enigszins verschillende resultaten in elke sterrenstelsel fysici observeren. Maar voor het zwarte gat in Maagd A weten we nu dat één methode correct is.

” our determination of 6.5 miljard zonnemassa ‘ s belanden bovenop de zwaardere massabepaling van ,” zei Sera Markoff, een astrofysicus van de Universiteit van Amsterdam en een medewerker van het project in de nieuwsbriefing.

dat betekent niet dat natuurkundigen zullen gewoon verplaatsen wholesale naar die aanpak voor het meten van zwarte gaten massa ‘ s, Bonning zei. Maar het biedt wel een belangrijk gegevenspunt voor het verfijnen van toekomstige berekeningen.

  • the Biggest Unsolved Mysteries in Physics
  • de 12 vreemdste objecten in het universum
  • Stephen Hawking ‘ s Most Far-Out Ideas About Black Holes

oorspronkelijk gepubliceerd op Live Science.

Recent nieuws

{{ artikelnaam }}

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.