Publicerad den Lämna en kommentar

3 stora frågor den svarta hålbilden svarade inte

ett internationellt nätverk av radioteleskop har producerat den första någonsin närbilden av ett svart håls skugga, som forskare avslöjade i morse (10 April). Samarbetet, kallat Event Horizon Telescope, bekräftade årtionden av förutsägelser om hur ljus skulle bete sig runt dessa mörka föremål och satte scenen för en ny era av svarthålsastronomi.

”från en skala från noll till fantastiskt var det fantastiskt”, säger Erin Bonning, en astrofysiker och svart hålforskare vid Emory University som inte var inblandad i bildarbetet.

” som sagt, det var vad jag förväntade mig”, sa hon till Live Science.

meddelandet, retat i ungefär en och en halv vecka i förväg, lyckades vara både otroligt spännande och nästan helt utan överraskande detaljer eller ny fysik. Fysiken gick inte sönder. Inga oväntade egenskaper hos svarta hål avslöjades. Bilden i sig var nästan en perfekt match för illustrationer av svarta hål som vi är vana vid att se i vetenskap och popkultur. Den stora skillnaden är att det är en hel del blurrier.

det fanns flera viktiga frågor relaterade till svarta hål som förblev olösta, men Bonning sa.

hur producerar svarta hål sina enorma strålar av het, snabb Materia?

alla supermassiva svarta hål har förmågan att tugga upp närliggande Materia, absorbera det mesta förbi deras händelsehorisonter och spotta resten ut i rymden i nära ljushastighet i blazing towers astrofysiker kallar ”relativistiska strålar.”

och det svarta hålet i mitten av Jungfrun A (även kallad Messier 87) är ökänt för sina imponerande strålar, spyr Materia och strålning över hela rymden. Dess relativistiska strålar är så stora att de helt kan undkomma den omgivande galaxen.

en Hubble-bild från 1998 visar den relatavistiska jet som flyr Virgo A. (Bildkredit: J. A. Biretta et al., Hubble Heritage Team (stsci / AURA), NASA)

och fysiker känner till de breda sträckorna av hur detta händer: materialet accelererar till extrema hastigheter när det faller in i det svarta hålets gravitation väl, då släpper en del av det samtidigt som den behåller trögheten. Men forskare är oense om detaljerna om hur detta händer. Denna bild och tillhörande papper erbjuder ännu inga detaljer.

att räkna ut det, sade Bonning, kommer att vara en fråga om att koppla samman Event Horizons Teleskopobservationer — som täcker en ganska liten mängd utrymme — med de mycket större bilderna av relativistiska strålar.

medan fysiker ännu inte har svar, sa hon, det finns en god chans att de kommer snart — speciellt när samarbetet producerar bilder av sitt andra mål: det supermassiva svarta hålet Skytten A* i mitten av vår egen galax, som inte producerar jets som Virgo A. att jämföra de två bilderna, sa hon, kan ge viss klarhet.

hur passar generell relativitet och kvantmekanik ihop?

när fysiker träffas för att prata om en riktigt spännande ny upptäckt, kan du förvänta dig att höra någon föreslå att det kan hjälpa till att förklara ”quantum gravity.”

det beror på att kvantgravitationen är den stora okända i fysiken. I ungefär ett sekel har fysiker arbetat med två olika uppsättningar regler: allmän relativitet, som täcker mycket stora saker som gravitation, och kvantmekanik, som täcker mycket små saker. Problemet är att dessa två regelböcker direkt motsäger varandra. Kvantmekanik kan inte förklara gravitation, och relativitet kan inte förklara kvantbeteende.

en dag hoppas fysiker att länka de två tillsammans i en storslagen enhetlig teori, som sannolikt involverar någon form av kvantgravitation.

och före tillkännagivandet idag fanns det spekulationer om att det kan innehålla något genombrott i ämnet. (Om den allmänna relativitetsteorins förutsägelser inte hade tagits fram i bilden, skulle det ha flyttat bollen framåt.) Under en nyhetsmöte från National Science Foundation föreslog Avery Broderick, en fysiker vid University of Waterloo i Kanada, och en medarbetare på projektet, att sådana svar skulle kunna komma.

men Bonning var skeptisk till det påståendet. Denna bild var helt överraskande ur ett allmänt relativitetsperspektiv, så det erbjöd ingen ny fysik som kan stänga klyftan mellan de två fälten, sa Bonning.

ändå är det inte galet att människor hoppas på svar från denna typ av observation, sa hon, eftersom kanten på ett svart håls skugga ger relativistiska krafter i små, kvantstora utrymmen.

”vi förväntar oss att se kvantgravitation mycket, mycket nära händelsehorisonten eller mycket, mycket tidigt i det tidiga universum”, sa hon.

men vid den fortfarande suddiga upplösningen av Event Horizons-teleskopet sa hon att vi inte kommer att hitta sådana effekter, även med planerade uppgraderingar inkommande.

var Stephen Hawkings teorier lika korrekta som Einsteins?

fysikern Stephen Hawkings största tidiga karriärbidrag till fysiken var tanken på” Hawking — strålning ” – att svarta hål inte är svarta, men avger små mängder strålning över tiden. Resultatet var oerhört viktigt, eftersom det visade att när ett svart hål slutar växa, kommer det att börja krympa mycket långsamt från energiförlusten.

men Event Horizons-teleskopet bekräftade inte eller förnekade denna teori, sade Bonning, inte att någon förväntade sig det.

Jätte svarta hål som den i Jungfrun a, sade hon, avger endast minimala mängder Hawking-strålning jämfört med deras totala storlek. Medan våra mest avancerade instrument nu kan upptäcka de ljusa ljusen i deras händelsehorisonter, finns det liten chans att de någonsin kommer att reta ut den ultra-dim glöden av ett supermassivt svart håls yta.

dessa resultat, sade hon, kommer sannolikt att komma från de minsta svarta hålen — teoretiska, kortlivade föremål så små att du kan bifoga hela sin händelsehorisont i din hand. Med möjlighet till nära observationer, och mycket mer strålning tillgänglig jämfört med deras totala storlek, kan människor så småningom räkna ut hur man producerar eller hittar en och upptäcker dess strålning.

så vad lärde vi oss faktiskt av den här bilden?

först lärde fysiker att Einstein hade rätt, än en gång. Skuggans kant, så långt som Event Horizons-teleskopet kan se, är en perfekt cirkel, precis som fysiker i 20-talet som arbetar med Einsteins ekvationer av generell relativitet förutspådde.

” jag tror inte att någon borde bli förvånad när ännu ett test av generell relativitet passerar,” sa Bonning. ”Om de hade gått på scenen och sagt att den allmänna relativiteten hade brutit, skulle jag ha fallit av min stol.”

resultatet med mer omedelbara, praktiska konsekvenser, sade hon, var att bilden gjorde det möjligt för forskare att exakt mäta massan av detta supermassiva svarta hål, som sitter 55 miljoner ljusår bort i hjärtat av Jungfrun en galax. Det är 6,5 miljarder gånger mer massivt än vår sol.

det är en stor sak, sade Bonning, eftersom det kan förändra hur fysiker väger de supermassiva svarta hålen i hjärtat av andra, mer avlägsna eller mindre galaxer.

just nu har fysiker en ganska exakt mätning av massan av det supermassiva svarta hålet i hjärtat av Vintergatan, sade Bonning, för att de kan se hur dess gravitation flyttar enskilda stjärnor i sitt grannskap.

men i andra galaxer kan våra teleskop inte se enskilda stjärnors rörelser, sa hon. Så fysiker fastnar med grovare mätningar: Hur det svarta hålets massa påverkar ljus som kommer från olika lager av stjärnor i galaxen, eller hur dess massa påverkar ljus som kommer från olika lager av fritt flytande gas i galaxen.

men dessa beräkningar är ofullkomliga, sa hon.

” du måste modellera ett mycket komplext system”, sa hon.

och de två metoderna slutar producera något olika resultat i varje galaxfysiker observerar. Men åtminstone för det svarta hålet i Jungfrun a vet vi nu att en metod är korrekt.

” vår bestämning av 6.5 miljarder solmassor hamnar precis ovanpå den tyngre massbestämningen från”, säger sera Markoff, en astrofysiker från University of Amsterdam och en medarbetare på projektet i nyhetsbrevet.

det betyder inte att fysiker bara kommer att flytta grossist till det tillvägagångssättet för att mäta svarta hålmassor, sa Bonning. Men det erbjuder en viktig datapunkt för att förfina framtida beräkningar.

  • de största olösta mysterierna i fysik
  • de 12 konstigaste föremålen i universum
  • Stephen Hawkings mest avlägsna ideer om svarta hål

ursprungligen publicerad på Live Science.

Senaste nytt

{{ Artikelnamn }}

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.