Παρατηρήσεις από το Τηλεσκόπιο Event Horizon της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο του ελλειπτικού γαλαξία M87, για τέσσερις διαφορετικές ημέρες.
Εικόνα: [EHT Collaboration et al (κ.ά.) 2019]
Οι αστρονόμοι χρησιμοποίησαν ένα τηλεσκόπιο με έκταση όσο...ο πλανήτης μας για να καταγράψουν τις πρώτες λεπτομερείς εικόνες μιας μαύρης τρύπας: την κοντινή υπερμεγέθη μαύρη τρύπα στο γαλαξία Messier 87. Τα πρώτα αποτελέσματα από το Τηλεσκόπιο Event Horizon Telescope (EHT) αναλύονται σε έξι άρθρα που συνθέτουν ένα νέο Focus Issue στο περιοδικό The Astrophysical Journal Letters.
Γιατί τον γαλαξία M87;
Το να αποκτήσεις μια κοντινή εικόνα μιας μαύρης τρύπας είναι ένας στόχος που για πολύ καιρό παρέμεινε ανέφικτο όνειρο. Όταν οι αστρονόμοι ανέπτυξαν για πρώτη φορά ένα σχέδιο για να απεικονίσουν έναν ορίζοντα γεγονότων σε μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα - το όριο εκείνο από το οποίο δεν μπορεί να διαφύγει ούτε το φως - επελέγησαν δύο πηγές ως στόχοι: η μαύρη τρύπα στο κέντρο του γαλαξία μας, γνωστή και ως Τοξότης Α* (Sgr A *), και η τεράστια μαύρη τρύπα στον γειτονικό γαλαξία M87, η οποία μάλιστα δημιουργεί ενα τεράστιο πίδακα αερίων και ύλης, κατακόρυφο προς το κέντρο της .
Ο Τοξότης Α *, είναι η πλησιέστερη στη Γη υπερμεγέθης μαύρη τρύπα, η οποία όμως χαρακτηρίζεται από ένα πλήθος από παράγοντες οι οποίοι περιπλέκουν την απεικόνιση της. Η ταχεία μεταβλητότητα αυτού του τέρατος και η θέση του στο γαλαξιακό επίπεδο - όπου "θολώνει" από το διαστρικό μέσο το οποίο παρεμβάλλεται- παρέχουν πρόσθετες προκλήσεις που πρέπει να ξεπεραστούν για να μπορέσουν οι επιστήμονες να την φωτογραφήσουν με ακρίβεια.
Εικόνα από το Διαστημικό Τηλεσκόπιο Hubble του ελλειπτικού γαλαξία M87, όπου κυρίαρχο χαρακτηριστικό είναι ο ορατός πίδακας ο οποίος εκτείνεται στα βορειοδυτικά της υπερμεγέθης μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία. Εικόνα: [NASA/ESA/Hubble Heritage Team (STScI/AURA)/P. Cote (Herzberg Institute of Astrophysics)/E. Baltz (Stanford University)]
Ο γαλαξίας M87 μπορεί να είναι πολύ μακριά μας, αλλά η μαύρη τρύπα του είναι χίλιες φορές μεγαλύτερη από τον Τοξότη Α*, δίνοντάς του μεγαλύτερα και πιο εύχρηστα χρονοδιαγράμματα μεταβλητότητας. Μπορούμε επίσης να παρατηρήσουμε με μεγαλύτερη καθαρότητα μέσα από το διαστρικό μέσο όταν έχουμε σαν παρατηρησιακό στόχο τον M87.
Αυτοί οι παράγοντες καθιστούν τον γειτονικό μας γαλαξία M87 ενα κοσμικό μεγαθήριο συγκριτικά προσβάσιμο για απεικόνιση, και κατά συνέπεια, είναι η πρώτη πηγή για την οποία το EHT παρουσιάζει τις εικόνες αυτές.
Ένα τηλεσκόπιο πλανητικής κλίμακας
Πώς λοιπόν προσεγγίζουμε αυτό το μακρινό αντικείμενο; Χρειαζόμαστε ένα τηλεσκόπιο διαφορετικό από οποιοδήποτε άλλο.
Το EHT είναι ένα εκτεταμένο εικονικό τηλεσκόπιο, το οποίο δημιουργείται συνδυάζοντας ταυτόχρονες παρατηρήσεις από ραδιοσυχνότητες και δορυφορικούς δίσκους λήψης (τα γνωστά μας πιάτα) σε όλο τον πλανήτη. Για τις εικόνες του M87 που κυκλοφόρησαν χθες, οι παρατηρήσεις έγιναν από οκτώ τηλεσκόπια εδάφους στην Αριζόνα, τη Χαβάη, το Μεξικό, τη Χιλή, την Ισπανία και τον Νότιο Πόλο.
Οι οκτώ σταθμοί της καμπάνιας του EHT το 2017 σε έξι γεωγραφικές τοποθεσίες. [EHT Collaboration et al 2019]
Το EHT δουλεύει διενεργώντας συμβολομετρία πολύ-μακράς βασικής γραμμής βάσης (very-long-baseline interferometry), συνδυάζοντας διάφορα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο. Το EHT μπορεί να λειτουργήσει σαν ένα τηλεσκόπιο με ένα πραγματικό μέγεθος που είναι το ίδιο με τη μακρύτερη βασική του γραμμή- την απόσταση μεταξύ των συνιστωσών τηλεσκοπίων. Με αυτόν τον τρόπο, το ΕΗΤ είναι σε θέση να επιτύχει μια άνευ προηγουμένου ανάλυση, σαφήνεια αν προτιμάτε: μπορεί θεωρητικά να υπολογίσει στόχους σε γωνιακές αποστάσεις κάτω από 25 εκατομμυριοστά του δευτερολέπτου τόξου της μοίρας (arcsecond) στο παρατηρούμενο μήκος κύματος του 1,3 χιλιοστού.
Έχει περάσει πάνω από μια δεκαετία από τότε που άρχισαν τα τολμηρά σχέδια απεικόνισης του EHT. Οι επιστήμονες περίμεναν υπομονετικά, καθώς αναβαθμίστηκαν οι υπάρχουσες εγκαταστάσεις και κατασκευάστηκαν νέες - και τον Απρίλιο του 2017, οι συνθήκες ήταν τελικά σωστές για να έχουν μια πρώτη, καλή θέα στον ορίζοντα γεγονότων του M87.
Εικόνες μιας...σκιάς
Η μαύρη τρύπα στον M87 παρατηρήθηκε για τέσσερις ημέρες τον Απρίλιο του 2017. Ο καιρός ήταν γενικά καλός - σε ολόκληρο τον πλανήτη! - κατά τη διάρκεια αυτών των παρατηρήσεων, επιτρέποντας στους επιστήμονες του EHT να συνδυάσουν τα δεδομένα από τα οκτώ τηλεσκόπια και να ανασυνθέσουν τις εικόνες της μαύρης τρύπας.
Ενώ μια γυμνή μαύρη τρύπα απλά φαίνεται σκοτεινή σε μια εικόνα, μια ενεργή μαύρη τρύπα όπως του M87 περιβάλλεται από σκόνη και αέριο τα οποία σχηματίζουν ένα δίσκο προσαύξησης , καθώς και χοάνες οι οποίες βρίσκονται στη βάση των ισχυρών αυτών πιδάκων. Οι εικόνες μιας τέτοιας "εγκιβωτισμένης" μαύρης τρύπας προβλεπόταν να αποκαλύψουν μια σκοτεινή περιοχή - τη "σκιά" της μαύρης τρύπας - που περιβάλλεται από ένα δακτύλιο εκπομπής ο οποίος παράγεται από τις παραμορφωμένες διαδρομές φωτός από το περιβάλλον υλικό. Οι παρατηρήσεις του EHT για τον γαλαξία M87 επιβεβαιώνουν πανέμορφα την εικόνα αυτή!
Οι παρατηρήσεις του EHT για τον γαλαξία M87 που ελήφθησαν για 4 ημέρες αποκαλύπτουν ένα φωτεινό, ασύμμετρο δακτύλιο. Ο Βορράς είναι πάνω, και αριστερά είναι η ανατολή. Οι εικόνες παραμένουν σταθερές στις παρατηρήσεις, παρέχοντας στοιχεία σταθερής πηγής. Εικόνα: [EHT Collaboration et al 2019]
Γιατί το νότιο τμήμα του δακτυλίου είναι λαμπρότερο; Καθώς το ταχέως μετακινούμενο υλικό περιστρέφεται γύρω από τη μαύρη τρύπα, επιταχύνεται προς την πλευρά μας, (προς τη Γη) από τη μια πλευρά, και απομακρύνεται από μας από την άλλη. Στην πλευρά του δακτυλίου όπου η ύλη κινείται προς το μέρος μας, ένα σχετικιστικό αποτέλεσμα ακτινοβολεί φως προς την κατεύθυνσή μας, προκαλώντας την φωτεινότερη εμφάνιση της περιοχής αυτής.
Από την ασυμμετρία του δακτυλίου, οι επιστήμονες του EHT εκτιμούν ότι η ύλη στη νότια πλευρά της μαύρης τρύπας του M87 κινείται προς το μέρος μας. Συνδυάζοντας προηγούμενες παρατηρήσεις στους πίδακες εκροής του γαλαξία M87, βγαίνει το συμπέρασμα ότι ο γαλαξίας έχει μια κλίση 17 ° σε σχέση με την δική μας γραμμή θέασης. Αυτό μας λέει ότι η μαύρη τρύπα του M87 πιθανόν να γυρίζει δεξιόστροφα, πάντα κατά την προοπτική μας, με τον άξονα περιστροφής της να βρίσκεται μακριά από την παρατηρησιακή μας προοπτική σχηματίζοντας γωνία.
Μοντέλα και μετρήσεις
Οι εικόνες του EHT της μαύρης τρύπας του M87 συγκρίθηκαν με μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη συνθετικών παρατηρήσεων που προέκυψαν από προσομοιώσεις αυτής της πηγής υπό διαφορετικά μοντέλα και συνθήκες. Οι προσομοιωμένες αυτές παρατηρήσεις δείχνουν αξιοσημείωτη συνέπεια με τις πραγματικές παρατηρήσεις, επιβεβαιώνοντας την εικόνα μιας περιστρεφόμενης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας ως πηγή εκπομπής. Τα μοντέλα υποδεικνύουν επίσης τον πιθανότερο τρόπο με τον οποίο εκτοξεύονται οι πίδακες εκροής από τον M87 που περιγράψαμε προηγουμένως : μέσω της εξαγωγής ενέργειας απευθείας από την περιστροφή της μαύρης τρύπας.
Προηγούμενες εκτιμήσεις της μάζας για τη μαύρη τρύπα του M87 κυμαίνονταν γύρω στις 3-7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, ανάλογα με τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της. Από τις εικόνες του EHT για τον M87, οι συγγραφείς (της σχετικής μελέτης) ήταν σε θέση να εκτιμήσουν μια μάζα για αυτή τη τη μαύρη τρύπα που είναι 6,5 ± 0,7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, παρέχοντας έναν ανεξάρτητο έλεγχο σε προηγούμενες μετρήσεις.
Μοντέλα και μετρήσεις
Οι εικόνες του EHT της μαύρης τρύπας του M87 συγκρίθηκαν με μια εκτεταμένη βιβλιοθήκη συνθετικών παρατηρήσεων που προέκυψαν από προσομοιώσεις αυτής της πηγής υπό διαφορετικά μοντέλα και συνθήκες. Οι προσομοιωμένες αυτές παρατηρήσεις δείχνουν αξιοσημείωτη συνέπεια με τις πραγματικές παρατηρήσεις, επιβεβαιώνοντας την εικόνα μιας περιστρεφόμενης υπερμεγέθους μαύρης τρύπας ως πηγή εκπομπής. Τα μοντέλα υποδεικνύουν επίσης τον πιθανότερο τρόπο με τον οποίο εκτοξεύονται οι πίδακες εκροής από τον M87 που περιγράψαμε προηγουμένως : μέσω της εξαγωγής ενέργειας απευθείας από την περιστροφή της μαύρης τρύπας.
Προηγούμενες εκτιμήσεις της μάζας για τη μαύρη τρύπα του M87 κυμαίνονταν γύρω στις 3-7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, ανάλογα με τη μέθοδο που χρησιμοποιήθηκε για τη μέτρηση της. Από τις εικόνες του EHT για τον M87, οι συγγραφείς (της σχετικής μελέτης) ήταν σε θέση να εκτιμήσουν μια μάζα για αυτή τη τη μαύρη τρύπα που είναι 6,5 ± 0,7 δισεκατομμύρια ηλιακές μάζες, παρέχοντας έναν ανεξάρτητο έλεγχο σε προηγούμενες μετρήσεις.
Τρία από τα παραδείγματα των συγγραφέων της μελέτης για τα μοντέλα περιστρεφόμενων μελανών οπών (πάνω σειρά) και οι προσομοιωμένες παρατηρήσεις τους (κάτω σειρά). Και τα τρία μοντέλα παράγουν παρόμοιες προσομοιωμένες παρατηρήσεις οι οποίες ταιριάζουν καλά με τις πραγματικές παρατηρήσεις, υποδεικνύοντας ότι μια ενιαία καλή προσαρμογή δεν σημαίνει ότι ένα μοντέλο προτιμάται έναντι των άλλων. Εικόνα: [EHT Collaboration et al 2019]
Μελλοντικά σχέδια
Τι θα ακολουθήσει για το EHT; Οι εικόνες αυτές από τον M87 είναι μόνο η αρχή! Η ομάδα εξακολουθεί να σχεδιάζει την πραγματοποίηση Πολωσιμετρικής ανάλυσης (polarimetric analysis) των εικόνων τους, οι οποίες θα διερευνήσουν το μαγνητικό πεδίο και θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό του ρυθμού προσάυξησης στη μαύρη τρύπα του M87. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις θα ελέγξουν με ακρίβεια τη σταθερότητα, το σχήμα και το βάθος της σκιάς του. Και θα είναι εφικτές εικόνες υψηλότερης ανάλυσης με την προσθήκη νέων τηλεσκοπίων στο EHT, και την πιθανή πραγματοποίηση για παρατηρήσεις με μικρότερο μήκος κύματος.
Οι συνεχείς βελτιώσεις στις τεχνικές παρατήρησης και ανάλυσης του EHT θα πρέπει επίσης να μας δώσουν την δυνατότητα προσέγγισης της δική μας υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, την Τοξότης Α* .
Περισσότερες πληροφορίες δείτε το πλήρες ApJL Focus Issue στον σύνδεσμο:
Focus on the First Event Horizon Telescope Results
Τι θα ακολουθήσει για το EHT; Οι εικόνες αυτές από τον M87 είναι μόνο η αρχή! Η ομάδα εξακολουθεί να σχεδιάζει την πραγματοποίηση Πολωσιμετρικής ανάλυσης (polarimetric analysis) των εικόνων τους, οι οποίες θα διερευνήσουν το μαγνητικό πεδίο και θα βοηθήσουν στον προσδιορισμό του ρυθμού προσάυξησης στη μαύρη τρύπα του M87. Οι μελλοντικές παρατηρήσεις θα ελέγξουν με ακρίβεια τη σταθερότητα, το σχήμα και το βάθος της σκιάς του. Και θα είναι εφικτές εικόνες υψηλότερης ανάλυσης με την προσθήκη νέων τηλεσκοπίων στο EHT, και την πιθανή πραγματοποίηση για παρατηρήσεις με μικρότερο μήκος κύματος.
Οι συνεχείς βελτιώσεις στις τεχνικές παρατήρησης και ανάλυσης του EHT θα πρέπει επίσης να μας δώσουν την δυνατότητα προσέγγισης της δική μας υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, την Τοξότης Α* .
Καλώς ήλθατε σε ένα νέο κόσμο εξερεύνησης μελανών οπών!
Η χθεσινή συνέντευξη τύπου
Focus on the First Event Horizon Telescope Results
Παραπομπή:
“First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole,” EHT Collaboration et al 2019 ApJL 875 L1. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7
“First M87 Event Horizon Telescope Results. I. The Shadow of the Supermassive Black Hole,” EHT Collaboration et al 2019 ApJL 875 L1. doi:10.3847/2041-8213/ab0ec7
* Μικροδευτερόλεπτο τόξου της μοίρας μas=Microarcsecond - 0.001 mas = 0.000001 arcsecond - 4.8481368 prad
……………….*………………..
Ενημερωθείτε για θέματα Αστρονομίας και Επιστήμης στις ομάδες μας στο
Facebook:
Και στο blog: Αστρονομία και Επιστήμη
Πηγές υπάρχουν επίσης και στις παραπομπές του κειμένου (οι λέξεις με τα
μπλε ή κόκκινα γράμματα)
Απόδοση στα Ελληνικά : Δημήτρης Γκίκας.
Για διορθώσεις
μετάφρασης ως προς το πρότυπο κείμενο, απορίες, ή συμπληρώματα, γράψτε
μας: gikasd63@hotmail.com η αφήστε μήνυμα inbox στη
Σελίδα:
Επίσης εάν θέλετε να δημοσιευτεί στο μπλόγκ μας κάποια δική σας
εργασία, άρθρο, ή paper σχετικά με την επιστήμη, αποστείλατε τα άρθρα
αυτά συνοδευόμενα απαραίτητα από τη σχετική βιβλιογραφία, και την
σχετική έντυπη άδεια σας για δημοσίευση στο μπλόγκ μας, στη
διεύθυνση: gikasd63@hotmail.com . Η δημοσίευση είναι εντελώς
δωρεάν.
Εάν, κατά την άποψή σας, υπάρχουν επιστημονικά λάθη στο πρότυπο κείμενο η
ομάδα μας δεν μπορεί να παρέμβει και να το αλλάξει χωρίς την συναίνεση του
αρθρογράφου. Για οποιαδήποτε τέτοια αλλαγή επικοινωνήστε με την πηγή του
άρθρου.
Το κείμενο υπόκειται σε επικαιροποίηση αν υπάρξουν έγκυρες διορθώσεις
ή νέα στοιχεία που αφορούν το θέμα του άρθρου.
Για την ομάδα : @Aratosastronomy
