infos.ro

Astronomii surprind prima imagine a unei găuri negre supermasive Sagetator A* | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Găurile negre sunt invizibile prin natura lor. Atractia lor este inevitabil, captând pentru totdeauna orice lumină care cade în abisul lor gravitațional. Dar chiar dincolo de punctul de nereturn al unei găuri negre, lumina persistă, iar modelele sale, ca un negativ foto, pot dezvălui prezența pândită a unei găuri negre.

Acum, o echipă internațională de astronomi, inclusiv cercetători de la Observatorul Haystack al MIT, a captat lumina din jurul propriei noastre găuri negre supermasive, dezvăluind pentru prima dată o imagine a Săgetător A* (Sgr A*, pronunțat „sadge-ay-star” ), gaura neagră din inima galaxiei Calea Lactee.

Imaginea a fost creată de Event Horizon Telescope (EHT) – o rețea globală de radiotelescoape ale căror mișcări sunt coregrafiate astfel încât să funcționeze ca un telescop virtual, de dimensiunea planetei. Cercetătorii au concentrat matricea EHT pe centrul galaxiei noastre, la 27.000 de ani lumină de Pământ, tăind prin atmosfera planetei noastre și plasma turbulentă dincolo de sistemul nostru solar.

Imaginea rezultată dezvăluie Sgr A* pentru prima dată, sub forma unui inel de lumină strălucitor, în formă de gogoașă. Această structură de inel se află chiar în afara orizontului evenimentului sau a punctului dincolo de care lumina nu poate scăpa și este rezultatul îndoirii luminii de enorma gravitație a găurii negre. Inelul strălucitor înconjoară un centru întunecat, descris drept „umbra” găurii negre.

Plasma fierbinte a inelului este estimată la 10 miliarde Kelvin, sau 18 miliarde de grade Fahrenheit. Judecând după dimensiunile inelului, Sgr A* are de aproximativ 4 milioane de ori masa Soarelui și este incredibil de compact, cu o dimensiune care s-ar putea încadra pe orbita lui Venus.

Imaginea este prima confirmare vizuală că o gaură neagră există într-adevăr în centrul galaxiei noastre. Astronomii au observat anterior stele care se învârteau în jurul unui obiect invizibil, masiv și extrem de dens – toate semnele indicând o gaură neagră supermasivă. Imaginea dezvăluită astăzi oferă prima dovadă vizuală că obiectul este o gaură neagră, cu dimensiuni care sunt în acord cu predicțiile bazate pe teoria relativității generale a lui Einstein.

„Este notoriu de dificil să reconstruiești imagini dintr-o matrice larg dispersată precum EHT și au fost necesare atât rigoare, cât și ingeniozitate pentru a înțelege și a cuantifica în mod corespunzător incertitudinile”, spune Colin Lonsdale, directorul Observatorului Haystack al MIT. „Rezultatul este o piatră de hotar în înțelegerea noastră a găurilor negre în general și a celei din centrul galaxiei noastre, în special.”

Imaginea și analizele însoțitoare sunt prezentate astăzi într-o serie de lucrări apărute într-un număr special al Scrisorile din jurnalul astrofizic. Descoperirile sunt rezultatul muncii a peste 300 de cercetători din 80 de instituții, inclusiv MIT, care alcătuiesc împreună Event Horizon Telescope Collaboration.

Urmărind coada unei găuri negre

Noua imagine a Sgr A* urmează prima imagine a unei găuri negre, care a fost obținută de EHT în 2019. Acea imagine revoluționară a fost a M87*, gaura neagră supermasivă din centrul Messier 87, o galaxie situată la 53 de metri. milioane de ani lumină de la Pământ.

M87* este un goliat în comparație cu Sgr A*, cu o masă de 6,5 miliarde de sori (de peste 1.000 de ori mai grea decât propria noastră gaură neagră) și o dimensiune care ar putea înghiți cu ușurință întregul sistem solar. Și totuși, imaginea lui M87* dezvăluie o structură inelală strălucitoare, la fel ca Sgr A*. Asemănarea dintre cele două imagini confirmă o altă predicție a relativității generale: că toate găurile negre sunt la fel, indiferent de dimensiunea lor.

„Acum avem o imagine consistentă care pare că relativitatea generală lucrează la ambele capete ale găurilor negre supermasive”, spune Kazunori Akiyama, membru al colaborării EHT, cercetător la Observatorul Haystack al MIT.

Imaginile ambelor găuri negre se bazează pe datele preluate de EHT ale surselor respective în 2017. Cu toate acestea, a fost nevoie de mult mai mult timp și efort pentru a aduce Sgr A* în accent, datorită dimensiunii mai mici și a locației sale în propria galaxie. .

Astronomii bănuiesc că gazul fierbinte înconjoară ambele găuri negre cu aceeași viteză, aproape de viteza luminii. Deoarece Sgr A* este de 1.500 de ori mai mic decât M87*, lumina sa accelerată este mult mai greu de rezolvat. (În mod similar, este mai greu să fotografiezi un câine care își urmărește coada decât unul care alergă cu aceeași viteză în jurul unui parc mare.)

Faptul că Sgr A* se află în propria noastră galaxie a prezentat, de asemenea, o provocare imagistică. M87* se află într-o galaxie care este decalată de a noastră, ceea ce face mai ușor de văzut. În schimb, Sgr A* se află în centrul propriului nostru plan galactic, care găzduiește buzunare de gaz încălzit, sau plasmă turbulentă, care pot distorsiona orice emisii din gaura neagră care ajung pe Pământ.

„Este ca și cum ai încerca să vezi prin aerul cald al unui motor cu reacție”, spune Akiyama. „A fost foarte complicat și de aceea această imagine a durat mai mult pentru a se rezolva.”

Date de salt

Pentru a surprinde o imagine clară a Sgr A*, astronomii au coordonat opt ​​observatoare radio din întreaga lume pentru a acționa ca un singur telescop virtual, pe care l-au îndreptat spre centrul Căii Lactee timp de câteva zile în aprilie 2017. Fiecare observator a înregistrat date de lumină primite folosind -registroare de viteză dezvoltate la Observatorul Haystack. Aceste înregistratoare au fost concepute pentru a procesa o cantitate enormă de date la viteze de 4 gigaocteți pe secundă.

După colectarea unui total de 5 petaocteți de date, cuprinzând observații atât ale Sgr A*, cât și ale M87*, hard disk-urile pline cu date înregistrate au fost expediate, jumătate la Haystack, iar cealaltă jumătate la Institutul Max Planck pentru Radio Astronomie din Germania. Ambele locații găzduiesc corelatoare – supercalculatoare masive care au lucrat pentru a „corela” datele, comparând fluxurile de date între diferite observatoare și transformând aceste date în semnale pe care le-ar vedea un telescop de dimensiunea planetei.

Apoi au calibrat datele – un proces meticulos de eliminare a zgomotului din surse precum efectele instrumentelor și atmosfera proprie a Pământului, pentru a focaliza în mod eficient „oglinda” telescopului virtual asupra semnalelor specifice Sgr A*.

Apoi echipele de imagistică și-au asumat sarcina de a traduce semnalele într-o imagine reprezentativă a găurii negre – o provocare mult mai dificilă decât imagistica M87*, care era o sursă mai mare, mai stabilă, care se schimbă foarte puțin în câteva zile.

„Sgr A* se schimbă în câteva minute, așa că datele trec peste tot”, spune Vincent Fish, membru al colaborării EHT, cercetător la Haystack. „Aceasta este provocarea fundamentală în imaginea acestei găuri negre.”

Akiyama, care a condus atât echipele de calibrare, cât și echipele de imagistică ale EHT, a dezvoltat un nou algoritm care să se asocieze cu cei obișnuiți pentru imaginea M87*. Cercetătorii au introdus date în fiecare algoritm pentru a genera mii de imagini ale găurii negre. Au făcut media acestor imagini pentru a genera o imagine principală, care a dezvăluit Sgr A* ca o structură strălucitoare, asemănătoare unui inel.

În următorii ani, oamenii de știință se așteaptă să colecteze mai multe date despre Sgr A* și alte găuri negre pe măsură ce EHT se extinde, adăugând mai multe telescoape la matricea sa virtuală.

„Tehnicile dezvoltate pentru Sgr A* deschid calea pentru imagini spectaculoase EHT și știință, pe măsură ce matricea de telescoape este extinsă și rafinată”, spune Lonsdale.

„Următorul pas este, putem obține imagini mai clare ale acestui inel?” spune Akiyama. „Acum putem vedea doar cele mai strălucitoare caracteristici. Dorim să surprindem și substructuri mai slabe. Apoi ne așteptăm să vedem ceva mai detaliat și diferit de prima gogoașă.”

Sursa articol

You might also like