Astronomi (i cijelo čovječanstvo) imaju praznik: predstavljena je prva slika crne rupe. Nastao je korištenjem Event Horizon Telescope-a (EHT), virtualnog teleskopa sastavljenog od nekoliko radio-teleskopa širom svijeta. Slika prikazuje materijal oko supermasivne crne rupe u središtu galaksije udaljene 55 milijuna svjetlosnih godina. I da, crna rupa je koncentrirana fizika, ludi gravitacijski fenomeni na rubu mogućih i nemogućih, ekstremnih uvjeta (ovdje možete pročitati više o tome kako rade crne rupe). Ali postoji nekoliko pitanja.
Je li crna rupa teško vidjeti jer je crna?
Ne. To jest, da. Istina je: crne rupe su crne. Obično vidimo sve vrste zvijezda i svačega, jer svjetlost koju emitiraju dopire do naših teleskopa (ili izravno u naše oči), a mi to registriramo. Crne rupe su zaista crne. Ne emitiraju vidljivu svjetlost (zbog složenih gravitacijskih trikova), pa ih ne mogu vidjeti.
Ali to nije veliki problem. Da imamo crnu rupu u našem Sunčevom sustavu, vidjeli biste je. Vi biste vidjeli njegovu zakrivljenost prostora i vidjeli biste supstancu koja se vrti oko ovog lijevka. Ako ste vidjeli film Interstellar, otprilike prikazuje vizualizaciju crne rupe - to je učinjeno uz pomoć astrofizičara Kip Thornea.
Crnu rupu je teško vidjeti jer je sitna. Pa, ok, na primjer, nije tako sitan kao mrav. Sićušna je u smislu da je osoba sićušna kad se gleda s udaljenosti od kilometra. Najbolji termin bi bio kutne veličine. Ako okrenete glavu u krugu, dobit ćete 360-stupanjski pogled na sve strane (ali upamtite da okrećete i svoje tijelo, inače ćete saviti vrat). Ako palac držite na visini ruke, to je oko pola stupnja kutne veličine. Mjesec ima otprilike iste kutne veličine, tako da ga možete prekriti palcem.
Što je s veličinom crne rupe? Da, ogromna je. Također je udaljeno 55 milijuna svjetlosnih godina. To znači da će svjetlo proći 55 milijuna godina. Nevjerojatno je daleko. Ali kutna veličina nas stvarno sprječava. Crna rupa (barem njezin vidljivi dio) ima kutnu veličinu od oko 40 mikrosekundi.
Što je mikroarkssekunda? Kao što znate, krug se raščlanjuje na stupnjeve (i to već dulje vrijeme). Svaki se stupanj može razbiti na 60 lučnih minuta, a svaki minut na 60 lučnih sekundi. Ako dio luka podijelite na milijun dijelova, dobit ćete mikrosekundu. Sjetite se da je kutna veličina mjeseca 0,5 stupnjeva (gledano sa Zemlje)? To znači da je kutna veličina mjeseca 45 milijuna puta veća od veličine crne rupe. Crna rupa je malena s obzirom na kutnu veličinu.
Promotivni video:
Ali to nije sve. Zbog difrakcije ne možemo vidjeti stvari sitnih kutnih veličina. Kad svjetlost prođe kroz otvor (na primjer, kroz teleskop ili u oči), raspršit će se. Savija se na takav način da ometa ostatak svjetlosti koji prolazi kroz rupu. U slučaju oka, to znači da ljudi mogu stvarati predmete uglate veličine oko 1 lučni minut.
A to također znači da je na fotografiji teško uhvatiti nešto sitno poput crne rupe.
Kako prevladati granicu difrakcije?
Priznajmo. Stvari sitnih kutnih dimenzija doista je teško vidjeti - kako onda mi možemo vidjeti materijal oko crne rupe? Kutna razlučivost teleskopa stvarno ovisi o samo dvije stvari: veličini rupe i valnoj duljini svjetla. Korištenje kraćih valnih duljina (poput ultraljubičastog ili rendgenskog zračenja) daje bolju razlučivost. Ali u ovom slučaju teleskop koristi valnu duljinu svjetlosti u milimetarskom rasponu. To je prilično velika valna duljina u usporedbi s vidljivom svjetlošću, koja se nalazi u rasponu od 500 nanometara.
A to znači da je jedini način da se prekorači granica difrakcije povećati teleskop. To je ono što su učinili s Event Horizon teleskopom. U osnovi, to je teleskop veličine Zemlje. Ludilo, ali istina. Prikupljanjem podataka s više teleskopa u različitim dijelovima svijeta možete kombinirati podatke kako biste ih pretvorili u podatke iz jednog GIANT teleskopa. Istina, morate pokušati. Ali postoje i problemi s ovom metodom. Sa samo nekoliko teleskopa, EHT tim koristi brojne analitičke tehnike za stvaranje najvjerojatnije slike iz prikupljenih podataka. Tako su uspjeli "nacrtati" materijal oko crne rupe.
Je li to prava fotografija crne rupe?
Ako pogledate kroz teleskop i vidite Jupiter, zapravo vidite Jupiter. Napomena: Ako to još niste učinili, pokušajte. Super je. Sunčeva svjetlost odbija od Jupiterove površine, a zatim vam teleskopom putuje u oči. Boom. Jupiter. Stvarno je.
Ali s crnom rupom stvari su malo drugačije. Slika koju vidite nije ni u vidljivom rasponu. Ovo je radio slika stvorena iz valne duljine svjetlosti. Kakva je razlika između radio valova i obične vidljive svjetlosti? Zapravo, razlika je samo u valnoj duljini.
Svjetlosni i radio valovi su elektromagnetski valovi. Ovo je širenje električnog polja koje se mijenja, istovremeno s magnetskim poljem koje se mijenja (istovremeno). Ti valovi putuju brzinom svjetlosti - jer su svjetlost. No, budući da radio i vidljiva svjetlost imaju različite valne duljine, oni međusobno djeluju na materiju. Ako uključite radio kod kuće, od najbliže radio postaje dobit ćete signal. Ti radio valovi putuju pravo kroz zidove. A vidljivi ne prolaze.
Isto vrijedi i za slike. Ako iz nekog predmeta imate vidljivu svjetlost, možete je vidjeti očima i snimiti ovu sliku na filmu ili s digitalnim snimačem. Ta se slika tada može prikazati na zaslonu računala i, u stvari, prikazati. Ovako možete vidjeti sliku mjeseca.
Što se tiče materijala oko crne rupe, to nije vidljiva slika. Ovo je radio slika. Svaki piksel na slici predstavlja specifičnu valnu duljinu, ali radio valove. Narančasti dijelovi su lažni prikazi boja valnog milimetra. Isto se događa kada želimo "vidjeti" sliku u infracrvenom ili ultraljubičastom rasponu. Te valne duljine moramo pretvoriti u ono što možemo vidjeti.
Dakle, ovaj snimak crne rupe nije obična fotografija.
Ilya Khel