Pitkä, huolellinen tutkijoiden työ ympäri maailmaa on tuottanut ensimmäisen suoran kuvan tapahtuman horisontista mustasta aukosta, supermassiivisesta hirviöstä nimeltä M87.
Tämä kuva vahvisti monia ajatuksiamme mustista aukoista.
Mutta tiede ei pysähtynyt, kun valokuvaus tuli. Tutkijat ovat suorittaneet laskelmia sen perusteella, mitä he ovat oppineet M87: stä yhdistettynä yleiseen suhteellisuusteoriaan ennustamaan edelleen, kuinka jonain päivänä näemme nämä kohteet yksityiskohtaisesti.
Mustat reiät ovat uskomattoman painovoimaisia. Paitsi että ne ovat niin massiivisia, että jopa valon nopeus on liian hidas painovoiman välttämiseksi, ne myös taivuttavat valopolkua ympärillään tapahtumahorisontin ulkopuolella.
Jos ohi kulkeva fotoni pääsee liian lähelle, se kiertää mustan aukon ympäri. Tämä luo niin sanotun “fotonisen renkaan” tai “fotonipallon”, täydellisen valorenkaan, jonka ennustetaan ympäröivän mustaa aukkoa kasvatuslevyn sisäreunaa pitkin, mutta tapahtumahorisontin ulkopuolella.
Se tunnetaan myös vakaimpana sisäkierroksena, ja voit nähdä sen alla olevassa kuvassa, jonka astrofyysikko Jean-Pierre Luminet loi vuonna 1978.
(Jean-Pierre Luminet)
Mustan aukon ympäristön mallit viittaavat siihen, että fotonisen renkaan tulisi luoda monimutkainen alarakenne, joka koostuu loputtomista valorenkaista – vähän kuin vaikutus, jonka näet loputtomassa peilissä.
“Mustan aukon kuva sisältää itse asiassa sisäkkäisiä renkaiden sarjoja”, selitti astrofyysikko Michael Johnson Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta.
'Jokaisella peräkkäisellä renkaalla on suunnilleen sama halkaisija, mutta siitä tulee yhä' terävämpi ', koska sen valo pyörii mustan aukon ympärillä useita kertoja ennen tarkkailijaan saapumista.'
(Tapahtumahorisontiteleskooppi)
Tässä historiallisessa ensimmäisessä M87-valokuvassa (yllä) näemme kiinnityslevyn – valaisevan oranssin-kullan palan. Keskellä oleva musta osa on mustan aukon varjo. Emme voi itse nähdä fotonipalloa, koska resoluutio ei ole tarpeeksi korkea sen tekemiseksi, mutta se on sijoitettava mustan aukon varjon reunaa pitkin.
Jos voisimme nähdä sen, tämä rengas kertoo meille erittäin tärkeitä asioita mustasta aukosta. Sormuksen koko voi kertoa meille mustan aukon massan, koon ja nopeuden. Voimme tunnistaa ne akkreditointilevyltä, mutta fotonirengas antaisi meille mahdollisuuden rajoittaa tietoja tarkempiin mittauksiin.
“Jokainen rengas koostuu fotoneista, jotka on linssattu tarkkailijan näytölle sen jälkeen, kun fotonikuori on kerännyt ne mistä tahansa maailmankaikkeudesta”, tutkijat kirjoittavat paperissaan.
Siksi idealisoidussa ympäristössä ilman absorptiota kukin rengas sisältää erillisen eksponentiaalisesti vääristyneen kuvan koko maailmankaikkeudesta, ja jokainen seuraava rengas sieppaa näkyvän universumin. Yhdessä sarja on samanlainen kuin elokuvamateriaali, joka sieppaa näkyvän maailmankaikkeuden historian mustasta aukosta katsottuna. '
Joten Johnson ja hänen tiiminsä käyttivät simulaatioita selvittääkseen, voidaanko fotonirenkaita havaita tulevissa havainnoissa. He havaitsivat, että se voidaan tehdä, vaikka se ei olisi helppoa.
M87-laukaus oli kekseliäisyyden ja yhteistyön ominaisuus. Teleskoopit ympäri maailmaa ovat yhdessä tehneet erittäin pitkän interferometrin, jota kutsutaan tapahtumahorisontiteleskoopiksi, jossa matriisin kaukoputkien tarkat etäisyydet ja ajalliset erot voidaan laskea kiinnittämään havaintonsa yhteen. Se on – hyvin, hyvin yksinkertaisella tavalla – kuin yksi maapallon kokoinen kaukoputki.
“Mikä todella yllättää meidät, on, että sisäkkäiset renkaat ovat melkein näkymättömiä paljaalla silmällä kuvissa – jopa täydellisissä kuvissa -, mutta ne ovat voimakkaita ja selkeitä signaaleja interferometreiksi kutsuttujen kaukoputkien ryhmille”, Johnson sanoi.
Tutkimus julkaistiin Science Advances -lehdessä.
Lähteet: Kuva: fotonit kiertävät mustaa aukkoa. (Nicole R.Fuller / NSF)
