Opublikowano Dodaj komentarz

3 Ogromne pytania Obraz czarnej dziury nie odpowiedział

międzynarodowa sieć radioteleskopów stworzyła pierwszy w historii zbliżony obraz cienia czarnej dziury, który naukowcy ujawnili dziś rano (10 kwietnia). Współpraca, nazwana Event Horizon Telescope, potwierdziła dziesięciolecia przewidywań na temat tego, jak światło zachowa się wokół tych ciemnych obiektów, i stworzyła scenę dla nowej ery astronomii czarnej dziury.

„od skali od zera do niesamowitości, to było niesamowite”, powiedziała Erin Bonning, astrofizyk i badacz czarnej dziury na Uniwersytecie Emory, który nie był zaangażowany w badania obrazowe.

zapowiedź, dokuczana około półtora tygodnia wcześniej, okazała się niezwykle ekscytująca i niemal całkowicie pozbawiona zaskakujących szczegółów czy nowej fizyki. Fizyka się nie załamała. Nie ujawniono żadnych nieoczekiwanych cech czarnych dziur. Sam obraz idealnie pasował do ilustracji czarnych dziur, do których przywykliśmy w nauce i popkulturze. Duża różnica polega na tym, że jest o wiele bardziej rozmazany.

było kilka ważnych pytań związanych z czarnymi dziurami, które pozostały nierozwiązane, jednak bonning powiedział.

jak czarne dziury wytwarzają swoje ogromne strumienie gorącej, szybkiej materii?

wszystkie supermasywne czarne dziury mają zdolność żucia pobliskiej materii, pochłaniania jej większości poza horyzontami zdarzeń, a pozostałą część wypluwają w przestrzeń z prędkością bliską prędkości światła w płonących wieżach astrofizycy nazywają ” relatywistycznymi dżetami.”

i czarna dziura w centrum Panny a (zwana również Messier 87) jest znana ze swoich imponujących dżetów, wyrzucających materię i promieniowanie w całej przestrzeni. Jej relatywistyczne dżety są tak ogromne, że mogą w pełni uciec z otaczającej galaktyki.

Zdjęcie Hubble ’ a z 1998 roku pokazuje relatawistyczny odrzutowiec uciekający z Virgo A. (Zdjęcie kredyt: J. A. Biretta et al., Hubble Heritage Team (STScI / AURA), NASA)

fizycy wiedzą, jak to się dzieje: materiał przyspiesza do ekstremalnych prędkości, gdy wpada do studni grawitacyjnej czarnej dziury, a następnie część z nich ucieka, zachowując tę bezwładność. Ale naukowcy nie zgadzają się co do szczegółów tego, jak to się dzieje. Ten obraz i powiązane z nim dokumenty nie zawierają jeszcze żadnych szczegółów.

dowiedzenie się tego, bonning powiedział, będzie kwestią połączenia obserwacji teleskopowych Horyzontów zdarzeń — które obejmują dość małą ilość przestrzeni — ze znacznie większymi obrazami relatywistycznych dżetów.

chociaż fizycy nie mają jeszcze odpowiedzi, powiedziała, że jest duża szansa, że wkrótce się pojawią — zwłaszcza gdy współpraca stworzy obrazy drugiego celu: supermasywnego Strzelca czarnej dziury a* w centrum naszej własnej galaktyki, który nie wytwarza dżetów takich jak panna A. porównanie tych dwóch obrazów może dać pewną jasność.

jak do siebie pasują ogólna teoria względności i mechanika kwantowa?

ilekroć fizycy spotykają się, aby porozmawiać o naprawdę ekscytującym nowym odkryciu, możesz spodziewać się, że ktoś zasugeruje, że może to pomóc wyjaśnić ” grawitację kwantową.”

to dlatego, że grawitacja kwantowa jest wielką niewiadomą w fizyce. Przez około sto lat fizycy pracowali przy użyciu dwóch różnych zestawów zasad: ogólnej teorii względności, która obejmuje bardzo duże rzeczy, takie jak grawitacja, i mechaniki kwantowej, która obejmuje bardzo małe rzeczy. Problem w tym, że te dwa podręczniki są ze sobą sprzeczne. Mechanika kwantowa nie potrafi wyjaśnić grawitacji, a względność nie potrafi wyjaśnić kwantowego zachowania.

pewnego dnia fizycy mają nadzieję połączyć te dwie rzeczy w wielką jednolitą teorię, prawdopodobnie obejmującą jakiś rodzaj kwantowej grawitacji.

a przed dzisiejszym ogłoszeniem pojawiły się spekulacje, że może to być jakiś przełom w tym temacie. (Gdyby prognozy ogólnej teorii względności nie zostały potwierdzone na obrazie, to przesunęłoby piłkę do przodu.) Podczas briefingu informacyjnego z National Science Foundation, Avery Broderick, fizyk z Uniwersytetu Waterloo w Kanadzie i współpracownik projektu, zasugerował, że tego rodzaju odpowiedzi mogą nadejść.

ale Bonning był sceptyczny wobec tego twierdzenia. Obraz ten był całkowicie zaskakujący z perspektywy ogólnej teorii względności, więc nie oferował żadnej nowej fizyki, która mogłaby zamknąć lukę między tymi dwoma polami, powiedział Bonning.

jednak to nie jest szalone, że ludzie liczą na odpowiedzi z tego rodzaju obserwacji, powiedziała, ponieważ krawędź cienia czarnej dziury przenosi siły relatywistyczne w maleńkie, kwantowe przestrzenie.

„spodziewalibyśmy się zobaczyć grawitację kwantową bardzo, bardzo blisko horyzontu zdarzeń lub bardzo, bardzo wcześnie we wczesnym Wszechświecie” – powiedziała.

ale przy wciąż niewyraźnej rozdzielczości Event Horizons Telescope powiedziała, że raczej nie znajdziemy tego rodzaju efektów, nawet przy planowanych ulepszeniach.

czy teorie Stephena Hawkinga były równie poprawne jak Einsteina?

największy wkład fizyka Stephen Hawking na początku kariery do fizyki była idea „Hawking promieniowania”-że czarne dziury nie są tak naprawdę czarne, ale emitują niewielkie ilości promieniowania w czasie. Wynik był niezwykle ważny, ponieważ pokazał, że gdy czarna dziura przestanie rosnąć, zacznie się bardzo powoli kurczyć od utraty energii.

ale Teleskop Event Horizons nie potwierdził ani nie zaprzeczył tej teorii, bo nikt się tego nie spodziewał.

Gigantyczne czarne dziury, takie jak ta w Pannie A, powiedziała, emitują tylko minimalne ilości promieniowania Hawkinga w porównaniu do ich ogólnego rozmiaru. Podczas gdy nasze najbardziej zaawansowane instrumenty mogą teraz wykrywać jasne światła Horyzontów zdarzeń, istnieje niewielka szansa, że kiedykolwiek będą drażnić ultra-ciemny blask supermasywnej powierzchni czarnej dziury.

te wyniki, powiedziała, prawdopodobnie pochodzą z najmniejszych czarnych dziur — teoretycznych, krótkotrwałych obiektów tak małych, że możesz zamknąć cały ich horyzont zdarzeń w dłoni. Z możliwością dokładnych obserwacji i znacznie większą dostępnością promieniowania w porównaniu do ich ogólnej wielkości, ludzie mogą w końcu dowiedzieć się, jak je wytworzyć lub znaleźć i wykryć jego promieniowanie.

więc czego właściwie nauczyliśmy się z tego obrazu?

najpierw fizycy dowiedzieli się, że Einstein znowu miał rację. Krawędź cienia, tak daleko, jak widzi Teleskop Horyzontów zdarzeń, jest doskonałym okręgiem, tak jak przewidywali fizycy w XX wieku pracujący z równaniami ogólnej teorii względności Einsteina.

„nie sądzę, aby ktokolwiek był zaskoczony, gdy przechodzi kolejny test ogólnej teorii względności” – powiedział Bonning. „Gdyby weszli na scenę i powiedzieli, że ogólna teoria względności się zepsuła, spadłbym z krzesła.”

rezultatem z bardziej bezpośrednimi, praktycznymi implikacjami, powiedziała, było to, że obraz umożliwił naukowcom precyzyjny pomiar masy tej supermasywnej czarnej dziury, która znajduje się 55 milionów lat świetlnych od serca galaktyki Virgo A. Jest 6,5 miliarda razy masywniejszy niż nasze Słońce.

to wielka sprawa, bo może to zmienić sposób, w jaki fizycy ważą supermasywne czarne dziury w sercach innych, bardziej odległych lub mniejszych galaktyk.

w tej chwili fizycy mają dość dokładny pomiar masy supermasywnej czarnej dziury w sercu Drogi Mlecznej, powiedział Bonning, ponieważ mogą obserwować, jak jej grawitacja porusza się po poszczególnych gwiazdach w jej sąsiedztwie.

ale w innych galaktykach nasze teleskopy nie widzą ruchów poszczególnych gwiazd. Więc fizycy są skazani na grubsze pomiary: Jak masa czarnej dziury wpływa na światło pochodzące z różnych warstw gwiazd w galaktyce, lub jak jej masa wpływa na światło pochodzące z różnych warstw swobodnie pływającego gazu w galaktyce.

ale te obliczenia są niedoskonałe.

i te dwie metody dają nieco inne wyniki w każdej galaktyce fizycy obserwują. Ale przynajmniej w przypadku czarnej dziury w Virgo A, wiemy, że jedna z metod jest poprawna.

” nasza determinacja 6.5 miliardów mas Słońca ląduje na szczycie cięższego określenia masy z ” Sera Markoff, astrofizyk z Uniwersytetu w Amsterdamie i współpracownik projektu powiedział w briefingu prasowym.

to nie znaczy, że fizycy po prostu przerzucą się na takie podejście do pomiaru mas czarnych dziur. Ale to daje ważny punkt danych do rafinacji przyszłych obliczeń.

  • największe nierozwiązane zagadki fizyki
  • 12 najdziwniejszych obiektów we wszechświecie
  • najbardziej Dalekie Pomysły Stephena Hawkinga na temat czarnych dziur

pierwotnie opublikowane w Live Science.

najnowsze wiadomości

{{ articleName }}

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.