Τι μας λέει η εικόνα της μαύρης τρύπας

Όταν οι επιστήμονες «φωτογράφισαν» μια αόρατη μαύρη τρύπα: η εικόνα καταγράφει την περιοχή γύρω της, που δημιουργείται από δεδομένα που συλλέγονται από ένα σύνολο τηλεσκοπίων, και παρέχει μια πλατφόρμα για την καλύτερη κατανόηση των μαύρων τρυπών.

Η πρώτη εικόνα μιας μαύρης τρύπας. Καταγράφηκε από το έργο του τηλεσκοπίου Event Horizon. (Πηγή εικόνας: Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών)

Οι μαύρες τρύπες υποτίθεται ότι είναι οι πιο σκοτεινές περιοχές σε ολόκληρο το σύμπαν. Κι όμως, όταν οι επιστήμονες ανακοίνωσαν την περασμένη εβδομάδα ότι κατάφεραν, για πρώτη φορά, να τραβήξουν φωτογραφία μιας μαύρης τρύπας, η εικόνα που αποκάλυψαν ήταν κάθε άλλο παρά σκοτεινή. Φαινόταν έντονο πορτοκαλί και σε σχήμα ντόνατ σε μια από τις πιο ευρέως διαδεδομένες εικόνες την τελευταία εβδομάδα. Όταν το φως δεν μπορεί να ξεφύγει από μια μαύρη τρύπα, πώς επιτεύχθηκε η φωτογραφία και τι κάνει το επίτευγμα σημαντικό;

Τι δείχνει η εικόνα

Το κύριο θέμα της φωτογραφίας, μια μαύρη τρύπα που βρίσκεται 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, στο κέντρο ενός γαλαξία που ονομάζεται Messier 87, περιοριζόταν στον μικρό και σκοτεινό κεντρικό πυρήνα του σχήματος ντόνατ στην εικόνα, που μπορεί να αναγνωριστεί μόνο λόγω το φωτεινό περιβάλλον που ήταν κλεισμένο μέσα. Αυτός ήταν ο μόνος τρόπος που θα μπορούσε να είχε φωτογραφηθεί μια μαύρη τρύπα — καταγράφοντας ολόκληρη την περιοχή που την περιβάλλει. Η ίδια η μαύρη τρύπα δεν εκπέμπει ούτε ακτινοβολεί φως ή άλλα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που μπορούν να ανιχνευθούν από όργανα κατασκευασμένα από ανθρώπινα όντα. Αλλά η περιοχή ακριβώς έξω από τα όρια της μαύρης τρύπας - που αναφέρεται ως ορίζοντας γεγονότων - η οποία έχει τεράστιες ποσότητες αερίων, νεφών και πλάσματος που στροβιλίζονται βίαια, εκπέμπουν κάθε είδους ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένου ακόμη και του ορατού φωτός.

Εξήγησε: Εδώ είναι μια μαύρη τρύπα και γιατί καμία δεν είχε φωτογραφηθεί πριν

Ούτε το εξωτερικό της μαύρης τρύπας ήταν εύκολο να φωτογραφηθεί. Η εν λόγω μαύρη τρύπα είχε διάμετρο 1,5 ημέρα φωτός, ή περίπου 40 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα. Ο δακτύλιος έξω από μια μαύρη τρύπα έχει συνήθως 4 έως 5 φορές μεγαλύτερη έκταση. Αλλά η πολύ μεγάλη απόσταση από τη Γη σήμαινε ότι η καταγραφή οτιδήποτε καλύτερου από μια εικόνα μεγέθους σημείου ήταν φυσικά αδύνατη με τα διαθέσιμα όργανα. Οι επιστήμονες είχαν υπολογίσει ότι μια εικόνα μεγαλύτερης ανάλυσης, όπως αυτή που τελικά μπόρεσαν να τραβήξουν, απαιτούσε ένα τηλεσκόπιο του οποίου η κεραία ήταν τόσο μεγάλη όσο η ίδια η Γη.

Γιατί έχει σημασία

james taylor καθαρή αξία

Οι επιστήμονες χρησιμοποιούν εικόνες μαύρων τρυπών προσομοιωμένες σε υπολογιστή εδώ και αρκετά χρόνια για να μελετήσουν αυτές τις περιοχές. Για πρώτη φορά έχουν πραγματική εικόνα. Αν και φαίνονται αρκετά παρόμοια, οι επιστήμονες θα αρχίσουν τώρα να εξετάζουν προσεκτικά την πραγματική εικόνα για να δουν αν διαφέρει από τις εικόνες που προσομοιώνονται σε υπολογιστή στις λεπτομέρειες και εάν αυτές οι διαφορές θα μπορούσαν να εξηγηθούν με όργανα, παρατήρηση ή άλλα λάθη. Αυτό μπορεί να αποτελέσει μια δοκιμή για τις υπάρχουσες θεωρίες για το σύμπαν και να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση των μαύρων τρυπών και της φύσης του ίδιου του σύμπαντος.

Επιλέγοντας τη μαύρη τρύπα

Υπήρχε μια εναλλακτική λύση στη φωτογράφιση της μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87 — προσπαθώντας να φωτογραφίσω μια μαύρη τρύπα που ήταν πολύ πιο κοντά. Υπάρχουν χιλιάδες, πιθανώς εκατομμύρια, μαύρες τρύπες πολύ πιο κοντά στη Γη, αλλά δεν θα μπορούσε κάθε μαύρη τρύπα να είναι υποψήφια για φωτογράφηση. Οι επιστήμονες έψαχναν για ένα συγκεκριμένο μέγεθος μαύρης τρύπας, αρκετά μεγάλο για να συλληφθεί από όργανα διαθέσιμα στη Γη. Η μαύρη τρύπα στον γαλαξία M87 είναι περίπου 6 δισεκατομμύρια φορές το μέγεθος του Ήλιου και μία από τις μεγαλύτερες γνωστές. Δεν υπάρχει μαύρη τρύπα συγκρίσιμου μεγέθους πιο κοντά στη Γη.

Διαβάστε | Η εικόνα του ορίζοντα γεγονότων μιας Μαύρης Τρύπας έγινε δυνατή από το έργο αυτού του φοιτητή του MIT

Υπήρχε ένας υποψήφιος, ωστόσο, στον δικό μας γαλαξία Milky Way. Η μαύρη τρύπα του Τοξότη Α*, στο κέντρο του Γαλαξία, είναι περίπου 4,3 εκατομμύρια φορές το μέγεθος του Ήλιου και απέχει μόλις 25.000 έτη φωτός από τη Γη. Είναι περίπου 2.000 φορές πιο κοντά στη Γη σε σύγκριση με αυτό του γαλαξία M87, αλλά και περίπου 1.500 φορές μικρότερο. Σε κλίμακα, λοιπόν, οι δύο υποψήφιες μαύρες τρύπες πρόσφεραν παρόμοιες ευκαιρίες για φωτογράφηση.

Ρύθμιση του τηλεσκοπίου

Ένα τηλεσκόπιο στο μέγεθος της Γης δεν ήταν κάτι που θα μπορούσε να διατεθεί. Έτσι, οι επιστήμονες έπρεπε να επινοήσουν έξυπνες νέες μεθόδους για να ξεπεράσουν τους περιορισμούς των οργάνων τους. Αποφάσισαν να χρησιμοποιήσουν οκτώ από τα μεγαλύτερα και πιο εξελιγμένα ραδιοτηλεσκόπια στον κόσμο και τα συνέδεσαν με μια τεχνική που θα μπορούσε να τα κάνει να λειτουργούν σαν ένα εικονικό τηλεσκόπιο μεγέθους Γης. Τα τηλεσκόπια έκαναν ταυτόχρονες καταγραφές των ακτινοβολιών που εισέρχονταν από την περιοχή της μαύρης τρύπας. Κάθε ένα από τα τηλεσκόπια ήταν εξοπλισμένο με ατομικά ρολόγια, έτσι ώστε οι καταγραφές τους να μπορούν αργότερα να αντιστοιχιστούν με εξαιρετική ακρίβεια.

Διαβάστε επίσης | Ορίζοντας γεγονότων μαύρης τρύπας: Εδώ είναι πώς μοιάζει

Τα μεμονωμένα τηλεσκόπια συνέλεξαν το καθένα την ακτινοβολία που προερχόταν από την περιοχή της μαύρης τρύπας. Αλλά λόγω των περιορισμών στο μέγεθος, όλοι είχαν πολύ περιορισμένες πληροφορίες για τη μαύρη τρύπα. Η αντιστοίχιση των δεδομένων που καταγράφηκαν από κάθε ένα από αυτά τα τηλεσκόπια σε ακριβείς χρονικές στιγμές έδωσε στους επιστήμονες κάποιες περισσότερες πληροφορίες, αλλά τίποτα δεν μπορούσε να γίνει για τον τεράστιο όγκο πληροφοριών που δεν μπορούσαν να συλληφθούν από αυτά τα τηλεσκόπια.

Δημιουργία εικόνας από δεδομένα

Είναι εδώ που οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τη βοήθεια υπερυπολογιστών για να αναδημιουργήσουν την πλήρη εικόνα της μαύρης τρύπας με τις περιορισμένες πληροφορίες που είχαν συλλάβει τα τηλεσκόπια. Η ανακατασκευή ολόκληρων εικόνων με περιορισμένα δεδομένα δεν είναι ασυνήθιστη. Οι τεχνικές συμπίεσης που χρησιμοποιούμε για να μειώσουμε τα μεγέθη των αρχείων μουσικής, εικόνας ή βίντεο στους υπολογιστές μας λειτουργούν με παρόμοιες αρχές. Πετάμε πολλές πληροφορίες ενώ μειώνουμε το μέγεθος, αλλά ο υπολογιστής εξακολουθεί να μπορεί να αναδημιουργήσει τη μουσική ή το βίντεο, αν και με κάποια απώλεια ποιότητας.

Φυσικά, η πρόκληση για τους επιστήμονες που εργάζονταν στην εικόνα της μαύρης τρύπας ήταν πιο περίπλοκη από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται για τη συμπίεση αρχείων. Είχαν έναν τεράστιο όγκο δεδομένων για να αντιμετωπίσουν, και ωστόσο εξαιρετικά περιορισμένες πληροφορίες που ελήφθησαν άμεσα από την ακτινοβολία. Δεν αποτελεί έκπληξη, επομένως, έπρεπε να γράψουν εντελώς νέους αλγόριθμους, χρησιμοποιώντας πρωτοποριακές προσεγγίσεις, για να αναπαραγάγουν την εικόνα.

Ως αποτέλεσμα, ένας μεγάλος αριθμός pixel σε αυτή τη φωτογραφία που παρουσιάζεται στον κόσμο θα μπορούσε να είχε δημιουργηθεί από τον υπολογιστή. Αλλά δημιουργήθηκαν χρησιμοποιώντας τις πληροφορίες στα pixel που ήταν το αποτέλεσμα της άμεσης παρατήρησης των τηλεσκοπίων, αντί να παράγονται από μαθηματικά μοντέλα, όπως συμβαίνει σε εικόνες προσομοίωσης υπολογιστή.

Χρειάστηκαν δύο χρόνια για μερικούς από τους ταχύτερους υπερυπολογιστές του κόσμου να επεξεργαστούν τον τεράστιο όγκο δεδομένων και να αναδημιουργήσουν την εικόνα της μαύρης τρύπας στον γαλαξία M87. Μια φωτογραφία της μαύρης τρύπας του Τοξότη Α* δεν έχει ακόμη κυκλοφορήσει, προφανώς επειδή η εικόνα δεν είναι ακόμη έτοιμη.

Μοιράσου Το Με Τους Φίλους Σου: