Cum faci o poza cu un orificiu negru? Cu un telescop la fel de mare ca Pamantul (publicat 2018)

Imaginile astronomice au un mod de a pune in perspectiva preocuparile terestre. Titlurile pot prezice prabusirea civilizatiei occidentale, dar gaura neagra nu-i pasa. A fost acolo pentru cea mai mare parte a istoriei cosmice; va asista la moartea universului. Intr-un timp al minciunilor, o imagine a propriei noastre gauri negre private ar fi ceva adevarat. Efortul de a obtine aceasta imagine vorbeste bine despre specia noastra: o gramada de oameni din intreaga lume care sfideaza discordia internationala si prostia generala ascendenta in cautarea unitara a unui scop glorios esoteric. Si in aceste zile intunecate, este potrivit ca obiectul acestei urmariri sa fie cel mai intunecat lucru imaginabil.

Avery Broderick, un astrofizician teoretic care lucreaza cu Event Horizon Telescope, a spus in 2014 ca prima imagine a unei gauri negre ar putea fi la fel de importanta ca „Pale Blue Dot”, fotografia din Pamant din 1990 pe care sonda spatiala Voyager a luat-o din marginea sistemului solar, in care planeta noastra este o pata nesemnificativa intr-un vid vast. O noua imagine, credea Avery, a uneia dintre cele mai pure intruchipari ale haosului si nelinistii existentiale a naturii ar avea un mesaj diferit: s-ar spune: Exista monstri acolo.

Una dintre numeroasele provocari ale fotografierii unei gauri negre este ca nu sunt „obiecte” intr-un sens familiar: sunt facute din gravitatie pura. Definitia standard a unei gauri negre este „o regiune a spatiului din care nimic, nici macar lumina, nu poate scapa”, dar chiar si aceasta expresie stricta nu reuseste sa surprinda intreaga lor minune demonica. Fizicianul Werner Israel a spus-o mai bine atunci cand a descris o gaura neagra ca „un camp gravitational elementar, care se autosustine, care a rupt orice legatura cauzala cu sursa materiala care a creat-o si s-a asezat, ca o bula de sapun, in cea mai simpla configuratie consistenta cu constrangerile externe. ”

In 1973, fizicianul James Bardeen si-a dat seama ca, in circumstantele potrivite – daca, sa zicem, o gaura neagra trece in fata unui fundal mare, luminos, ca o stea – s-ar putea sa-i vedem silueta. „Din pacate”, a concluzionat Bardeen, „pare sa nu existe nicio speranta de a observa acest efect”. Mai tarziu in acel deceniu, fizicianul francez Jean-Pierre Luminet a cautat sa afle cum ar arata o gaura neagra daca ar fi iluminata de stralucirea materiei supraincalzite care se invarte in jurul ei. El si-a facut calculele introducand carti perforate intr-un computer primitiv. A tras rezultatele cu mana. Imaginile sale alb-negru aratau ca niste imagini rasucite ale unui Saturn negru, cu un disc de acumulare asemanator inelului, deformat ca un taffy.

La sfarsitul anilor 1990, astrofizicienii Heino Falcke, Fulvio Melia si Eric Agol, motivati de o noua generatie de radiotelescoape aflate atunci in constructie, au decis sa vada daca exista vreo sansa de a vedea silueta lui Sagetator A * de pe Pamant. Au rulat ecuatiile lui Bardeen prin intermediul unui software care a prezis modul in care lumina va calatori in spatiul-timp deformat in jurul unei gauri negre si au ajuns la concluzia ca, cu o colectie de radiotelescoape de dimensiunea Pamantului, toate acestea functionand la cele mai inalte frecvente ale spectrului radio, toti observand simultan Sagetatorul A *, s-ar vedea un cerc intunecat de zece ori mai mare decat orizontul evenimentelor. La marginea acestui cerc, razele de lumina ar fi prinse, urmarind un inel stralucitor. In interiorul acestui inel, intuneric. Sagetatorul A * ar trebui sa arunce o umbra.

Ca aceasta umbra ar putea fi vizibila de pe Pamant depindea de un set uimitor de circumstante. Atmosfera Pamantului se intampla sa fie transparenta fata de radiatia electromagnetica – in acest caz, anumite microunde – stralucind de la marginea gaurii negre, chiar daca blocheaza radiatiile de lungimi de unda putin mai lungi si mai scurte. Gunkul interstelar care se afla intre Pamant si centrul galactic devine, de asemenea, transparent la aceste frecvente, la fel ca si norii de materie supraincalzita chiar in afara gaurii negre, blocand o vedere a orizontului evenimentelor. Mai tarziu in viata, Fulvio Melia a comparat aceasta aliniere cu accidentele cosmice care ne ofera eclipsele totale de soare. Luna are dimensiunea potrivita, pe orbita potrivita, la distanta corecta de Pamant, care blocheaza in intregime soarele din cand in cand. Fulvio nu era religios, dar aceste coincidente erau atat de improbabile incat nu se putea abtine sa nu simta ca umbra gaurii negre era menita sa fie vazuta. Universul aranjase ca oamenii sa vada pana la cea mai apropiata iesire.

Dar iesirea este slab luminata. Radioastronomii subliniaza uneori dificultatea muncii lor cu urmatorul fapt: toata radiatia electromagnetica combinata colectata de fiecare radiotelescop construit vreodata, cu exceptia celei emise de propriul nostru soare, ar transporta prea putina energie pentru a topi un fulg de zapada. Pentru a compensa aceasta penurie – pentru a colecta cat mai multa energie posibil – astronomii construiesc cele mai mari feluri de mancare pe care le pot. Telescoapele radio din lume sunt creatii infricosatoare. Telescopul Robert C. Byrd din Green Bank, W.Va., este cu o inaltime mai mare de 120 de metri decat Catedrala Sf. Paul din Londra. Dar telescoapele de acest gen nu se pot descurca cu microunde. Putini telescoape pot.

Suprafata reflectorizanta in forma de bol a unui radiotelescop – acea farfurie sclipitoare gigantica – este placata cu panouri metalice, fiecare lustruita conform specificatiilor exacte. Pentru a reflecta cu exactitate undele radio cu lungimea de unda de un milimetru, de exemplu, panourile trebuie sa fie lipsite de denivelari sau zgarieturi mai mari de o douazecime de milimetru. Cu suficienti bani, puteti face suprafete reflectante enorme care sunt mai netede decat aceasta. Dar rareori sunt destui bani.

Undele radio de inalta frecventa creeaza alte provocari. Cu cat rezolutia unui telescop este mai clara, cu atat mai precis trebuie sa fie orientata catre tinta sa. Precizia nu este pur si simplu o chestiune de a fi extrem de atent atunci cand rotiti butoanele si cadranele. Intregul aparat electromecanic de milioane de dolari care pivoteste si directioneaza instrumentul de strangere trebuie proiectat la tolerante mai mari. O astfel de precizie este costisitoare, astfel incat majoritatea telescoapelor nu o au. Vasele mari se deformeaza, de asemenea, pe masura ce se intorc si se inclina si se extind, se micsoreaza si se deformeaza in functie de temperatura si de ora zilei. Puteti instala mii de actuatoare reglabile independent, controlate de computer, care regleaza continuu fiecare panou de suprafata, mentinand telescopul focalizat, dar, din nou: scump. Din toate aceste motive, radiotelescoapele de inalta frecventa tind sa fie mici – in general,

Imagine

Credit … Ilustratie de Andy Gilmore

Si, bineinteles, pentru a fotografia o gaura neagra, aveti nevoie de cel putin cateva zeci de persoane cu expertiza potrivita pentru a va angaja in ani de munca istovitoare si frustranta, care implica sederi lungi si inconfortabile la observatoarele indepartate de pe varful muntelui. Nu a fost greu sa gasesc recruti. Proiectul a avut o multime de atractie atat pentru constructorii de telescoape, cat si pentru teoreticieni: a fost o provocare istorica de inginerie in cautarea unei imagini care ar putea fi imposibila.

Shep Doeleman, astronomul radio care a dorit sa existe cea mai timpurie incarnare a Telescopului Horizontul Evenimentului, este un barbat in varsta de 51 de ani, de inaltime medie, cu par brun subtire si haotic si ochelari cu cadru din sarma. medvacancy.ru Avea 32 de ani in 2000, cand a aparut ziarul Falcke-Fulvio-Melia, doi ani intr-o slujba care conducea programul VLBI de inalta frecventa la Observatorul Haystack al MIT.

• fabio pizza
• derivate
• acatistul sf parascheva
• email yahoo
• filmefast
• logitech
• letonia keno
• filme de dragoste
• asia fan info
• ministerul finantelor
• harta metrou bucuresti
• hidroelectrica
• slovacia keno
• selgros
• mihai eminescu
• escorte brasov
• vremea roman
• aradon
• hunedoara
• clujust

El era mai aproape de realitatea tehnica decat majoritatea astronomilor, asa ca avea o buna intelegere a ceea ce avea sa ia un experiment ca acesta. Si stia ca va fi greu.

La inceputul anilor 2000, observatoarele radio de inalta frecventa erau in constructie in Hawaii, Chile, Mexic si in alte parti, dar cand aceste observatoare au fost complete, inca nu ar fi pregatite pentru aceasta slujba, deoarece nu erau echipate pentru a face o linie de baza foarte lunga. interferometrie. Lista de actualizare a variat de la un telescop la altul, dar, in general, fiecare site ar avea nevoie de ceasuri atomice, pentru date de marcare a timpului, astfel incat sa poata fi combinate ulterior cu date de la alte telescoape; noi echipamente de procesare a semnalului si inregistratoare de date, care erau inca in curs de proiectare; si chirurgie invaziva pentru implantarea acestui nou hardware.

Dar Doeleman a fost un optimist si un romantic si a vazut ca acelasi progres tehnologic din spatele iPod-ului va transforma in curand radioastronomia de inalta frecventa. Legea lui Moore ar da nastere la existenta microprocesoare si hard disk-uri la preturi accesibile, puternice, care ar putea inlocui echipamentele de procesare a semnalului construite manual si bobinele de banda magnetica lenta si finicky. Procesoarele mai rapide si inregistratoarele de capacitate mai mare ar face posibila colectarea mai multor date cu vase mai mici, precum cele construite in Hawaii, Chile si nu numai.

Chiar daca fiecare nou observator radio de inalta frecventa din lume a fost de acord sa se joace, logistica a fost descurajanta. Totul ar trebui sa mearga bine la fiecare telescop din matrice, sau totul ar esua. Ar trebui sa gaseasca o noapte in care Sagetatorul A * s-a intamplat sa fie in pozitia corecta a cerului, astfel incat telescoapele din Europa, America de Nord, America de Sud, Hawaii si Polul Sud sa o poata vedea in acelasi timp. In acea noapte, cerul ar trebui sa fie clar in toate acele locuri simultan. Si fiecare telescop de care aveau nevoie ar trebui sa ramana in afaceri suficient de mult timp pentru a obtine imaginea, chiar daca noile telescoape care vin online ar putea scoate din functie cele vechi.

Au mers in continuare pentru asta. In 2007, dupa o incercare esuata din anul precedent, Doeleman si un mic echipaj si-au propus sa demonstreze conceptul, pentru a vedea daca ar putea obtine un triunghi de radiotelescoape de inalta frecventa in Hawaii, California si Arizona pentru a detecta Sagetatorul A *. Au petrecut cateva saptamani pe Mauna Kea, instaland si testand echipament imprumutat si asteptand vremea. In noptile senine, ramaneau treziti inainte de amurg pana pana in zori, cand impachetau in cutii de spuma hard disk-uri pline cu miliarde de numere reprezentand zgomot si semnal cosmic. Ar trage paie pentru a decide cine trebuie sa conduca lazile pana la Hilo si FedEx sa le intoarca la Haystack pentru corelare. La finalul cursei, ei si-au demontat echipamentul si l-au expediat inapoi spre Est. Apoi au plecat cu totii acasa. Nu aveau idee daca experimentul a functionat.

Nu aveau puterea telescopica de a face o imagine, dar au vazut ceva – o forma mai mica decat orizontul de evenimente al Sagetatorului A *. A fost o descoperire. Natura a publicat rezultatele. Harvard si MIT l-au invitat pe Doeleman sa-si prezinte rezultatele. A fost momentul sosirii sale.

Impreuna cu colaboratorii sai, Doeleman a discutat primul succes intr-un timp mai lung al telescopului. De fiecare data cand au iesit, au adaugat o noua capacitate, au atins un nou obiectiv, pe care l-au scris apoi in cererile pentru timpul telescopului de anul viitor si au propus granturi. Succesele incrementale s-au agravat. In fiecare an s-au alaturat echipei mai multi oameni de stiinta cu idei similare. In ianuarie 2012, Universitatea din Arizona a gazduit o reuniune oficiala de lansare pentru EHT la Tucson. Planul pentru urmatorii trei ani a fost extinderea gamei de la trei statii la opt. Telescoapele suplimentare, impreuna cu noile electronice pe care le dezvoltasera, ar spori sensibilitatea EHT de 40 de ori. Acest lucru, credeau ei, ar fi suficient pentru a obtine prima imagine a umbrei Sagetatorului A *. Si abia incepeau sa-si dea seama cat de mult ne-ar putea spune acea imagine.

O privire atenta asupra unei gauri negre ar fi un avantaj evident pentru oamenii de stiinta care studiaza originile si destinele stelelor si galaxiilor. Galaxiile si gaurile lor negre centrale par sa evolueze impreuna. Trec prin etape. Uneori, gaura neagra cheltuie eoni inspirand materia cat mai repede posibil fizic, transformand materia in energie intr-un cataclism de lunga durata, fiecare instant echivalentul a miliarde de arme termonucleare detonand simultan. In aceste etape „active” gaurile negre trag jeturi de materie si energie in univers, amenajand cosmosul la fel cum raurile mari scindeaza continentele si construiesc delte. Gaurile negre decid cand galaxiile lor gazda pot dezvolta stele noi: Cand sunt in furie, trimitand unde de soc si urland vanturi cosmice, stelele mici nu pot creste. Cand o gaura neagra se instaleaza intr-o stare de repaus, urmatoarea generatie de stele ajunge sa se formeze. Cum si de ce se intampla aceste lucruri este inca un mister, iar raspunsurile se afla aproape de orizontul evenimentelor.

Marginea unei gauri negre este, de asemenea, un loc ideal pentru a testa teoria relativitatii generale, pe care oamenii de stiinta au incercat sa o rupa in secolul trecut. Relativitatea generala descrie universul la cele mai mari scari. O alta teorie a naturii, la fel de reusita, la fel de incasabila, a coexistat stanjenit alaturi de relativitatea generala timp de un secol: teoria cuantica. Teoria cuantica guverneaza lumea subatomica. Relativitatea generala si teoria cuantica ambele guverneaza perfect domeniile lor respective. Problema este ca descriu lumi care nu seamana nimic intre ele.

Cele doua teorii se ciocnesc cel mai violent in gaurile negre. Spunem, de exemplu, ca Sagetatorul A * este o gaura neagra de patru milioane de mase solare, ceea ce inseamna ca gaura neagra „contine” o materie de patru milioane de sori. Dar ecuatiile lui Einstein spun ca interiorul unei gauri negre este un vid si ca toata materia care a cazut vreodata este impachetata intr-o suprafata infinit de densa, infinit de mica, in centrul gaurii negre numita singularitate. Acest lucru nu are prea mult sens, iar oamenii de stiinta stiu asta. Pentru a intelege ce se intampla la singularitate, oamenii de stiinta au nevoie de o teorie a gravitatiei cuantice: un cadru care uneste relativitatea generala cu teoria cuantica. Aceasta teorie poate dezvalui ce se intampla sau s-a intamplat la alte singularitati, inclusiv la cea care a nascut universul nostru – Big Bang. Dar este greu sa reconciliezi doua teorii conflictuale daca nu poti gasi ceva in neregula cu una dintre ele, iar teoria cuantica, precum relativitatea generala, a trecut fiecare test. Drept urmare, oamenii de stiinta au cautat situatii din ce in ce mai extreme in care sa testeze aceste teorii. Asta i-a condus spre gauri negre.

Oamenii de stiinta au petrecut ani de zile creand modele matematice si simulari pe computer care prezic modul in care va arata Sagetatorul A * cand si daca il vor vedea. Modelele care presupun ca relativitatea generala este corecta prezic o umbra circulara cu o pata offset de materie supraincalzita care orbiteaza. Daca rezultatele EHT se potrivesc cu aceste previziuni, aceasta va confirma ca Einstein a avut spatiu si timp descoperit in urma cu mai bine de un secol. Dar daca nu se potrivesc – sau daca umbra nu apare deloc – atunci lucrurile devin cu adevarat interesante. Orice abatere ar fi dovada ca ecuatiile lui Einstein sunt doar o aproximare a unei legi fizice mai profunde. Mai mult decat atat, ei ar oferi indicii despre identitatea acelei legi mai profunde. Si daca oamenii de stiinta vor ajunge vreodata sa inteleaga natura la cea mai fundamentala, ar fi, asa cum a scris odata Stephen Hawking:

On five nights over a span of 10 days, teams at high-altitude observatories in France, Mexico, Chile, Arizona, Hawaii and the South Pole tracked Sagittarius A* through the night. When the inaugural E.H.T. observing run concluded on April 11, 2017, the astronomers had recorded more than 65 hours of data. They’d had good fortune all week: clear weather, no catastrophic failures. The astronomers at each of the eight participating observatories shipped a total of 1,024 eight-terabyte hard drives containing the observation’s harvest to Haystack Observatory and the Max Planck Institute for Radio Astronomy for correlation, and the drives all arrived in good condition. Then the correlator operators dove into the noise in search of signal, adjusting for the drift of the atomic clocks and the wobbles of Earth and tiny uncertainties in the positions of the telescopes. They stalked abstract mathematical spaces for correlations. And one by one, they found them. Every thread of the web was intact. Because they didn’t want to raise false hopes or encourage speculation, the collaborators were sworn to secrecy.

For more than a year they calibrated and corrected and reality-checked their data. Then in June, they released the final Sagittarius A* and M87 data to four small groups tasked with making images. Radio astronomers make images by feeding data about the radiation they have observed to algorithms that construct a picture of the object that emitted it. If the E.H.T. were an actual telescope the size of Earth, making images would be straightforward, the results unambiguous and direct. But because the E.H.T. is just a few specks of mirror on a rotating globe, an infinite number of possible images could explain any given data set. To be sure the images they extracted from their data depicted what was really up there in the sky, they installed checks and balances in the imaging process — hence the four separate groups. To avoid poisoning one another’s minds — so that no one could accidentally nudge another group into seeing a black-hole shadow that wasn’t really there — these groups worked in isolation, making images using different algorithms and techniques, trying hard to discredit anything that looked too sharp, too clean, too likely to be the product of wishful thinking.

At some point within the next few months, the astronomers will finish their final analysis and submit their results to a scientific journal for peer review. If everything is in order, the results will be published, and then the world will see — something.

It’s possible we’ll encounter what Doeleman calls the nose-of-God scenario, in which an unmistakable image of the black hole shadow easily and quickly comes into focus. Or the picture could be muddy, confusing, subject to multiple interpretations. Maybe it will reveal something completely unexpected: After all, no one has ever seen a black hole. Even a pristine, searing image of the shadow of a black hole won’t end the story. Other scientists will pick apart the image and all the accompanying data. That’s how it goes. new-york.rus-ads.com But even if no one immediately agrees on what the first picture tells us, its arrival could signal the beginning of a new era — with luck, one in which people gain new traction in the long and baffling quest to understand what happens in those dark places where space-time ends.