Міжнародна мережа радіотелескопів створила перше в світі зображення тіні чорної діри, яке вчені розкрили сьогодні вранці (10 квітня). Співпраця, що отримала назву телескоп "Горизонт подій", підтвердила десятиліття передбачень того, як світло поводитиметься навколо цих темних об'єктів, і створила підґрунтя для нової ери астрономії чорних дір.
"Від шкали до нуля до дивовижно, це було дивовижно", - сказала Ерін Боннінг, астрофізик і дослідник чорної діри з університету Еморі, яка не була залучена до зображувальних зусиль.
"Це сказало, це було те, чого я очікував", - сказала вона Live Science.
Оголошення, дражене за півтора тижні наперед, вдалося бути як неймовірно захоплюючим, так і майже повністю позбавленим дивних деталей чи нової фізики. Фізика не вийшла з ладу. Жодних несподіваних особливостей чорних дір не виявлено. Саме зображення було майже ідеальним поєднанням для ілюстрацій чорних дір, які ми звикли бачити в науці та поп-культурі. Велика різниця полягає в тому, що це в цілому багато розмиття.
Однак було кілька важливих питань, пов'язаних із чорними дірами, які залишилися невирішеними, сказав Боннінг.
Як чорні діри виробляють свої величезні струмені гарячої, швидкої речовини?
Всі надмасивні чорні діри мають можливість пережовувати речовини, що знаходяться поблизу, вбирати більшу частину її повз горизонти подій, а решту виплювати у космос з ближньою швидкістю на палаючих вежах, які астрофізики називають "релятивістськими струменями".
А чорна діра в центрі Діви А (її також називають Мессьє 87) - горезвісна своїми вражаючими струменями, шумними речовинами та випромінюванням у всьому просторі. Його релятивістські реактивні літаки настільки величезні, що можуть повністю вирватися з навколишньої галактики.
І фізики знають, як це відбувається: Матеріал прискорюється до надзвичайних швидкостей, коли він добре потрапляє в силу тяжіння чорної діри, то частина з неї втече, зберігаючи цю інерцію. Але вчені не згодні з подробицями того, як це відбувається. Це зображення та пов'язані з ним документи ще не містять деталей.
Зрозумівши, що це, за словами Боннінга, буде справою пов'язування спостережень телескопа «Горизонт подій» - які охоплюють досить малий простір - із значно більшими зображеннями релятивістських струменів.
Поки фізики ще не мають відповідей, за її словами, є великий шанс, що вони незабаром прийдуть, особливо коли співпраця створить зображення своєї другої цілі: надмасивної чорної діри Стрілець А * в центрі нашої власної галактики, яка не виробляє струменів, таких як Діва А. Порівняння двох зображень, за її словами, може запропонувати певну чіткість.
Як загальна відносність та квантова механіка поєднуються разом?
Щоразу, коли фізики збираються разом, щоб поговорити про дійсно нове захоплююче відкриття, можна сподіватися почути, що хтось припустить, що це може допомогти пояснити "квантову гравітацію".
Це тому, що квантова гравітація - це велике невідоме у фізиці. Близько століття фізики працювали з використанням двох різних наборів правил: загальної відносності, яка охоплює дуже великі речі, як гравітація, і квантової механіки, яка охоплює дуже дрібні речі. Проблема полягає в тому, що ці два норми прямо суперечать один одному. Квантова механіка не може пояснити гравітацію, а відносність не може пояснити квантову поведінку.
Колись фізики сподіваються зв'язати їх разом у великій об'єднаній теорії, ймовірно, що передбачає якусь квантову гравітацію.
І перед анонсом сьогодні існували міркування, що це може включати певний прорив у цій темі. (Якби прогнози загальної відносності не були підтверджені на зображенні, це призвело б до руху кулі вперед.) Під час брифінгу новин Національного наукового фонду Евері Бродерік, фізик з університету Ватерлоо в Канаді, і співпрацівець щодо проекту запропонували такі відповіді.
Але Боннінг скептично ставився до цієї претензії. Цей образ повністю не дивувався з точки зору загальної відносності, тому він не запропонував нової фізики, яка могла б закрити розрив між двома полями, сказав Боннінг.
Тим не менш, це не божевільно, що люди сподіваються на відповіді з подібного роду спостережень, - сказала вона, адже край тіні чорної діри приносить релятивистські сили в крихітні простори квантового розміру.
"Ми очікували б побачити квантову гравітацію дуже, дуже близько до горизонту подій або дуже, дуже рано, у ранньому Всесвіті", - сказала вона.
Але, як і раніше розмита резолюція телескопа Horizons Event, вона сказала, що ми, мабуть, не знайдемо таких ефектів, навіть якщо заплановані оновлення надходять.
Чи були теорії Стівена Хокінга такими ж правильними, як і Ейнштейн?
Найбільшим внеском ранньої кар'єри фізика Стівена Хокінга у фізику була ідея "радіації Хокінга" - що чорні діри насправді не є чорними, але з часом випромінюють невелику кількість випромінювання. Результат був надзвичайно важливим, оскільки він показав, що як тільки чорна діра перестане рости, вона почне дуже повільно скорочуватися від втрати енергії.
Але телескоп Event Horizons не підтвердив і не спростував цю теорію, сказав Боннінг, не так, щоб хтось цього очікував.
Величезні чорні діри, як у Діви А, за її словами, випромінюють лише мінімальну кількість випромінювання Хокінга порівняно із загальним розміром. Хоча наші найдосконаліші інструменти тепер можуть виявляти яскраві вогні горизонтів їх подій, мало шансів, що вони коли-небудь розірвуть ультра-тьмяне сяйво поверхні надмасивної чорної діри.
Ці результати, за її словами, ймовірно, вийдуть із найдрібніших чорних дір - теоретичних, недовговічних об'єктів, таких малих, що ви могли б укласти весь ваш горизонт подій у вашій руці. Маючи можливість ближчих спостережень та набагато більше доступного випромінювання порівняно із загальним розміром, люди можуть врешті-решт придумати, як його виготовити чи знайти та виявити його випромінювання.
То що ми насправді дізналися з цього образу?
По-перше, фізики знову дізналися, що Ейнштейн мав рацію. Край тіні, наскільки можна побачити телескоп «Горизонт подій», - це ідеальне коло, подібно до того, як фізики в 20 столітті працювали з рівняннями загальної відносності Ейнштейна.
"Я не думаю, що когось слід дивувати, коли пройде ще одна перевірка загальної відносності", - сказав Боннінг. "Якби вони вийшли на сцену і сказали, що загальна відносність порушилася, я б впав зі свого крісла".
За результатами, з більш безпосередніми, практичними наслідками, вона сказала, що зображення дозволило вченим точно виміряти масу цієї надмасивної чорної діри, яка знаходиться в центрі галактики Діви А за 55 мільйонів світлових років. Це в 6,5 мільярда разів масивніше, ніж наше сонце.
Це велика справа, сказав Боннінг, оскільки це може змінити спосіб фізики зважувати надмасивні чорні діри в серцях інших, більш віддалених чи менших галактик.
Зараз фізики мають досить точне вимірювання маси надмасивної чорної діри в основі Чумацького Шляху, сказав Боннінг, тому що вони можуть спостерігати, як її сила тяжіння рухає окремі зірки по сусідству.
Але в інших галактиках наші телескопи не бачать рухів окремих зірок, сказала вона. Тож фізики дотримуються більш чітких вимірювань: як маса чорної діри впливає на світло, що надходить з різних шарів зірок у галактиці, або як її маса впливає на світло, що надходить з різних шарів вільно плаваючого газу в галактиці.
Але ці підрахунки недосконалі, - сказала вона.
"Ви повинні моделювати дуже складну систему", - сказала вона.
І ці два методи в кінцевому підсумку дають дещо різні результати в кожній спостереженні фізики галактики. Але принаймні для чорної діри у Діві А ми тепер знаємо, що один метод є правильним.
"Наше визначення 6,5 мільярдів сонячних мас закінчується приземленням прямо на місці більш важкого визначення маси", - заявила на брифінгу новин астрофізик з Амстердамського університету Сера Маркофф та співробітник проекту.
Це не означає, що фізики просто перейдуть оптом до такого підходу для вимірювання мас чорних дір, сказав Боннінг. Але він пропонує важливий момент для уточнення майбутніх розрахунків.
