11/4/19

Περί μελανών οπών και EHT


Από χθες 10/4, έχουμε στην διάθεση μας την πρώτη εικόνα τέτοιας ανάλυσης, του περιβάλλοντος μιας μαύρης τρύπας, χάρη στο υπέρ-τηλεσκόπιο Event Horizon.

Να θυμίσουμε εν συντομία ότι, η μαύρη τρύπα είναι ό,τι απομένει μετά τον «θάνατο» άστρων μεγάλης μάζας (πολλαπλάσιας εκείνης του Ήλιου μας). Αφού έχουν εξαντλήσει όλα τους τα πυρηνικά «καύσιμα», δεν μπορούν να αντισταθούν στην βαρύτητα, καταρρέοντας ακτινικά προς το κέντρο τους, σε ένα σημείο ασύλληπτης πυκνότητας, στρεβλώνοντας τον χωροχρόνο γύρω τους τόσο σφοδρά, ώστε ούτε το φως δεν μπορεί να διαφύγει.

Στην μαύρη τρύπα που σχηματίζεται, υπάρχει μία «συνοριακή επιφάνεια», ένα σύνορο, το οποίο οριοθετεί τον «έξω κόσμο» από την μελανή οπή. Οτιδήποτε, ακόμη και το φως, εφόσον διαβεί αυτό το όριο, δεν μπορεί να ξαναβγεί. Αυτό είναι ο «ορίζοντας γεγονότων» της μελανής οπής.

Φωτόνια τα οποία τυγχάνει να βρεθούν λίγο πιο έξω από τον ορίζοντα γεγονότων, περιστρέφονται γύρω από την μελανή οπή, λόγω του εξαιρετικά στρεβλωμένου χωροχρόνου. Αυτή είναι η «σφαίρα φωτονίων» της μελανής οπής και αν μπορούσατε με κάποιο τρόπο να σταθείτε εκεί, θα βλέπατε το πίσω μέρος του κεφαλιού σας, αφού τα φωτόνια που θα ξεκινούσαν από εκεί, μετά από μία πλήρη περιστροφή γύρω από την μαύρη τρύπα, θα έφταναν στα μάτια σας.

Το Event Horizon Telescope (ΕΗΤ, τηλεσκόπιο ορίζοντα γεγονότων), αποτελεί μία σύμπραξη/δίκτυο, πολλών ραδιοτηλεσκοπίων του πλανήτη, ώστε τα συνδυασμένα δεδομένα τους, να παράγουν αποτελέσματα συγκρίσιμα με εκείνα ενός (εικονικού) γιγάντιου ραδιοτηλεσκοπίου με διάμετρο όσο εκείνη της Γης. Με αυτόν τον τρόπο, το EHT απεικόνισε για πρώτη φορά, μια μελανή οπή και την ύλη που την περιβάλλει, με λεπτομέρεια τέτοια, που δεν είχαμε ποτέ στο παρελθόν για αυτά τα συναρπαστικά αντικείμενα. Το αποτέλεσμα είναι ελαφρώς θολό διότι προσπαθούμε να απεικονίσουμε λεπτομέρειες από κάτι που βρίσκεται δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας (και για αυτό χρειάστηκε να φτιαχτεί ένα εικονικό ραδιοτηλεσκόπιο με τόσο μεγάλη διάμετρο).

Η υπερμαζική μελανή οπή της φωτογραφίας, βρίσκεται στο κέντρο του γαλαξία Μ87 (ο οποίος βρίσκεται 53.5 εκατομμύρια έτη φωτός μακριά μας), και έχει μάζα περίπου 6.5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από εκείνη του Ήλιου μας. Τα αποτελέσματα επαληθεύουν, για μία ακόμη φορά, τις προβλέψεις της Γενικής Θεωρίας της Σχετικότητας, απεικονίζοντας ότι θα περίμενε κάποιος να δει για μια μελανή οπή τύπου Kerr.

Η ασυμμετρία στην φωτεινότητα είναι αναμενόμενη. Λόγω της περιστροφής γύρω από την μελανή οπή, τα φωτόνια που έχουν κίνηση προς τον παρατηρητή (προς εμάς δηλαδή), δημιουργούν μία λαμπρότερη περιοχή σε σχέση με εκείνα που έχουν αντίθετη κίνηση, από την άλλη πλευρά της οπής.

Οποιαδήποτε πηγή φωτός γύρω από την μαύρη τρύπα, όπως το υπέρθερμο υλικό που έλκεται και συσσωρεύεται γύρω από αυτήν, περιστρεφόμενο με πολύ μεγάλες ταχύτητες, συγκρίσιμες με εκείνη του φωτός, μέχρι τελικά να περάσει τον ορίζοντα γεγονότων της και να εξαφανιστεί για πάντα από το οπτικό μας πεδίο, συνεισφέρει στην δημιουργία ενός «φωτεινού υποβάθρου» που «σκιάζεται» από την μαύρη τρύπα, το περίγραμμα της οποίας καταφέραμε να δούμε με το πείραμα EHT. Για την ακρίβεια, η σκιά που βλέπουμε εκτείνεται ως την «σφαίρα φωτονίων» της μελανής οπής, μεγεθυμένη κάπως, εξαιτίας του φαινομένου των «βαρυτικών φακών» (δηλαδή, εξαιτίας του γεγονότος ότι η τροχιά ενός φωτονίου, δεν είναι ευθεία γραμμή στο περιβάλλον της μελανής οπής, αλλά καμπύλη).

Τα δεδομένα για αυτήν την τελική εικόνα, ξεκίνησαν να λαμβάνονται από τα διάφορα ραδιοτηλεσκόπια πριν 2 έτη, και μετά από σύνθεση και κατάλληλη επεξεργασία, παρουσιάστηκαν χθες. Μελλοντικά αναμένεται να υπάρξει και η εικόνα από την μελανή οπή στο κέντρο του Γαλαξία μας, αλλά και από άλλες μαύρες τρύπες σε άλλους γαλαξίες.

Τέλος, η παρατήρηση έγινε στο φάσμα των ραδιοκυμάτων διότι σε αυτά τα μήκη κύματος θα ήταν δυνατόν να παρατηρήσουμε λεπτομέρειες πολύ κοντά στον ορίζοντα γεγονότων της μελανής οπής, ενώ παράλληλα τα ραδιοκύματα μπορούν να διέλθουν τόσο μέσα από τον δίσκο συσσώρευσης του υλικού γύρω από την μελανή οπή, όσο και από την γήινη ατμόσφαιρα χωρίς απόσβεση, ώστε να καταστεί δυνατή η παρατήρηση αυτή από την επιφάνεια της Γης.

Πολλά περισσότερα, αναλυτικά για τις μαύρες τρύπες, όπως και για πολλά άλλα πολύ ενδιαφέροντα θέματα, στον τόμο ΙΙ του μεγάλου επιστημονικού έργου «Τα φυσικά φαινόμενα και η επιστημονική ερμηνεία τους», που αναμένεται εντός του έτους!

Πηγές – Δημοσιεύσεις – Εικόνες: https://iopscience.iop.org/journal/2041-8205

Πηγή άρθρου και περισσότερα: https://www.facebook.com/TaFisikaFainomena/

---------------------------------------------------------------

Δεν υπάρχουν σχόλια: