Astronoomidel (ja kogu inimkonnal) on puhkus: esitletakse esimest pilti mustast august. Selle loomisel kasutati Event Horizon Telescope (EHT) - virtuaalset teleskoopi, mis koosneb mitmest raadioteleskoobist kogu maailmas. Kujutisel on kujutatud 55 miljoni valgusaasta kaugusel asuva galaktika keskpunktis asuv supermassiivne must auk. Ja jah, must auk on kontsentreeritud füüsika, hullumeelsed gravitatsioonilised nähtused võimalike ja võimatute ekstreemsete tingimuste äärel (siit saate lugeda lähemalt, kuidas mustad augud siin töötavad). Kuid küsimusi on mitu.
Kas musta auku on raske näha, kuna see on must?
Mitte. See tähendab, et jah. See on tõsi: mustad augud on mustad. Tavaliselt näeme igasuguseid tähti ja kõike, sest nende kiirgav valgus jõuab meie teleskoopidesse (või otse meie silmadesse) ja me registreerime selle. Mustad augud on tõesti mustad. Nad ei kiirga nähtavat valgust (keerukate gravitatsiooniliste trikkide tõttu), seega pole neid näha.
Kuid see pole suur probleem. Kui meil oleks meie päikesesüsteemis must auk, siis näeksite seda. Te näeksite ruumi kumerust selle olemasolu järgi ja näeksite ainet, mis selle lehtri ümber keerleb. Kui olete näinud filmi Interstellar, näitab see ligikaudselt musta augu visuaali - see tehti astrofüüsiku Kip Thorne abiga.
Musta auku on raske märgata, kuna see on pisike. Noh, okei, mitte nii pisike nagu näiteks sipelgas. Ta on pisike selles mõttes, et inimene on kilomeetri kauguselt vaadates pisike. Parim termin oleks nurk. Kui keerate oma pea ringi, saate 360-kraadise kõikvõimaliku vaate (kuid ärge unustage ka oma keha keerata, vastasel juhul painutate oma kaela). Kui hoiate pöialt käe pikkuses, on see nurga suurus umbes pool kraadi. Kuul on umbes sama nurk suurus, nii et saate seda katta pöidlaga.
Mis saab musta augu suurusest? Jah, see on tohutu. See on ka 55 miljoni valgusaasta kaugusel. See tähendab, et nii kaugele reisimiseks kulub 55 miljonit aastat. See on uskumatult kaugel. Kuid nurk suurus meid tõesti takistab. Musta augu (vähemalt selle nähtava osa) nurga suurus on umbes 40 mikrosekundit.
Mis on mikroarksekund? Nagu teate, on ring jagatud kraadideks (ja seda juba pikka aega). Iga kraadi saab jagada 60 kaareminutiks ja iga minut on 60 kaaresekundit. Kui jagate kaaresekundi miljoniks osaks, saate mikrosekundi. Pidage meeles, et kuu nurga suurus on 0,5 kraadi (Maast vaadatuna)? See tähendab, et Kuu nurk on 45 miljonit korda suurem kui musta augu suurus. Must auk on nurge suuruse poolest pisike.
Reklaamvideo:
Kuid see pole veel kõik. Difraktsiooni tõttu ei näe me väikese nurga suurusega asju. Kui valgus läbib ava (näiteks läbi teleskoobi või silma), hajub see. See paindub nii, et see segab ülejäänud auku läbivat valgust. Silma puhul tähendab see seda, et inimesed saavad teha objekte nurga suurusega umbes 1 kaareminutit.
Ja see tähendab ka seda, et midagi nii pisikest nagu must auk on fotol keeruline jäädvustada.
Kuidas difraktsiooni piirist üle saada?
Tunnistagem. Pisikeste nurgeliste mõõtmetega asju on tõesti raske näha - kuidas me siis näeme materjali musta augu ümber? Teleskoobi nurklihe sõltub tegelikult ainult kahest asjast: augu suurusest ja valguse lainepikkusest. Lühemate lainepikkuste (näiteks ultraviolett- või röntgenkiirgus) kasutamine annab parema eraldusvõime. Kuid sel juhul kasutab teleskoop valguse lainepikkust millimeetri vahemikus. See on nähtava valgusega võrreldes üsna pikk lainepikkus, mis jääb vahemikku 500 nanomeetrit.
Ja see tähendab, et difraktsioonilimiidi ületamiseks on ainus viis teleskoobi suuremaks muutmine. See tähendab, mida nad Event Horizon teleskoobiga tegid. Põhimõtteliselt on see Maa mõõtmetega teleskoop. Hullumeelsus, aga tõsi. Kogudes andmeid mitmest teleskoobist erinevates maailma osades, saate andmeid kombineerida, et muuta need ühe GIANT-i teleskoobi andmeteks. Tõsi, peate proovima. Kuid ka selle meetodiga on probleeme. Ainult väheste teleskoopide abil kasutab EHT meeskond mitmeid analüütilisi tehnikaid, et luua kogutud andmetest kõige tõenäolisem pilt. Nii õnnestus neil must auk ümber materjali joonistada.
Kas see on tõeline foto mustast august?
Kui vaatate läbi teleskoobi ja näete Jupiteri, näete tegelikult Jupiteri. Märkus. Kui te pole seda veel teinud, proovige seda kindlasti proovida. See on lahe. Päikesevalgus põrkub Jupiteri pinnalt ja liigub seejärel läbi teleskoobi teie silma. Poom. Jupiter. Ta on tõeline.
Kuid musta auguga on asjad pisut teisiti. Kujutis, mida te näete, pole isegi nähtava ulatusega. See on raadiopilt, mis on loodud valguse lainepikkustel. Mis vahe on raadiolainete ja tavalise nähtava valguse vahel? Tegelikult on erinevus ainult lainepikkustes.
Valgus- ja raadiolained on elektromagnetilised lained. See on muutuva elektrivälja levimine koos muutuva magnetväljaga (samaaegselt). Need lained liiguvad valguse kiirusel - kuna nad on kerged. Kuna raadio ja nähtava valguse lainepikkus on erinev, interakteeruvad nad mateeriaga erinevalt. Kui lülitate kodus raadio sisse, saate signaali lähimast raadiojaamast. Need raadiolained liiguvad otse läbi seinte. Ja nähtavad ei möödu.
Sama kehtib ka piltide kohta. Kui teil on objektist nähtavat valgust, näete seda oma silmaga ja saate selle pildi filmile või digitaalsalvestiga salvestada. Seda pilti saab seejärel kuvada arvutiekraanil ja tegelikult vaadata. Nii näete pilti Kuust.
Mis puutub musta augu ümbritsevasse materjali, siis see pole nähtav pilt. See on raadiopilt. Iga pildi piksel tähistab konkreetset lainepikkust, kuid raadiolaineid. Oranžid osad on 1 millimeetri laine värvide valed kujutised. Sama juhtub siis, kui tahame "näha" pilti infrapuna- või ultraviolettkiirguse vahemikus. Peame need lainepikkused teisendama nähtavateks.
Nii et see musta augu pilt pole tavaline foto.
Ilja Khel
