Tähtitieteilijöillä (ja koko ihmiskunnalla) on loma: ensimmäinen kuva mustasta aukosta esitetään. Se luotiin käyttämällä Event Horizon Telescope (EHT) -tapahtumaa, joka koostuu useista radioteleskoopeista ympäri maailmaa. Kuvassa on materiaalia supermassiivisen mustan aukon ympärillä galaksin keskustassa 55 miljoonan valovuoden päässä. Ja kyllä, musta aukko on keskittynyt fysiikka, hulluja gravitaatioilmiöitä mahdollisten ja mahdoton ääriolosuhteiden tuntumassa (voit lukea lisää siitä, kuinka mustat aukot toimivat täällä). Mutta on useita kysymyksiä.
Onko mustaa reikää vaikea nähdä, koska se on musta?
Ei. Eli kyllä. Se on totta: mustat aukot ovat mustia. Yleensä näemme kaikenlaisia tähtiä ja kaiken, koska niiden lähettämä valo saavuttaa kaukoputkeihimme (tai suoraan silmämme) ja rekisteröimme sen. Mustat reiät ovat todella mustia. Ne eivät säteile näkyvää valoa (monimutkaisten gravitaatio temppujen takia), joten niitä ei voida nähdä.
Mutta tämä ei ole suuri ongelma. Jos meillä olisi musta aukko aurinkokunnassamme, näkisit sen. Näkisit tilan kaarevuuden sen läsnäolon perusteella ja näkisit aineen, joka pyörii tämän suppilon ympärillä. Jos olet nähnyt Interstellar-elokuvan, se näyttää suunnilleen mustan aukon visualisoinnin - se tehtiin astrofysiikan Kip Thornen avulla.
Mustaa reikää on vaikea nähdä, koska se on pieni. No, okei, ei niin pieni kuin esimerkiksi muurahainen. Hän on pieni siinä mielessä, että henkilö on pieni, kun sitä katsotaan kilometrin etäisyydeltä. Paras termi olisi kulmakoko. Jos käännät päätä ympyrässä, saat 360 asteen ympäri-näkymän (muista myös kääntää vartaloasi, muuten taipuu kaulaasi). Jos pidät peukaloasi käsivarsin, se on noin puoli astetta kulmakoko. Kuulla on suunnilleen sama kulmakoko, joten voit peittää sen peukalollasi.
Entä mustan aukon koko? Kyllä, se on valtava. Se on myös 55 miljoonan valovuoden päässä. Tämä tarkoittaa, että valon matkustaminen tähän pitkälle vie 55 miljoonaa vuotta. Se on uskomattoman kaukana. Mutta kulmakoko todella estää meitä. Mustan aukon (ainakin sen näkyvän osan) kulmakoko on noin 40 mikrosekuntia.
Mikä on mikroarvo sekunti? Kuten tiedät, ympyrä on jaoteltu asteiksi (ja se on ollut pitkään). Jokainen aste voidaan hajottaa 60 kaari-minuutiksi ja jokainen minuutti on 60 kaari-sekuntia. Jos jaat kaarisekunnin miljoonaan osaan, saat mikrosekunnin. Muista, että kuun kulmakoko on 0,5 astetta (maapallosta katsottuna)? Tämä tarkoittaa, että kuun kulmakoko on 45 miljoonaa kertaa suurempi kuin mustan aukon koko. Musta reikä on kulmakoonsa suhteen pieni.
Mainosvideo:
Mutta se ei ole kaikki. Diffraktion takia emme näe pienikokoisia asioita. Kun valo kulkee aukon läpi (esimerkiksi kaukoputken läpi tai silmään), se hajoaa. Se taipuu siten, että se häiritsee reiän läpi kulkevaa muuta valoa. Silmän tapauksessa tämä tarkoittaa, että ihmiset voivat tehdä esineitä, joiden kulmakoko on noin 1 kaari minuutti.
Ja se tarkoittaa myös, että jotain niin pieniä kuin musta aukko on vaikea kaapata valokuviin.
Kuinka ylittää diffraktioraja?
Myönnetään. Pienten kulmamittojen asioita on todella vaikea nähdä - miten me sitten näemme materiaalin mustan aukon ympärillä? Teleskoopin kulmaresoluutio riippuu todellakin vain kahdesta asiasta: reiän koosta ja valon aallonpituudesta. Lyhyemmillä aallonpituuksilla (kuten ultravioletti- tai röntgensäteily) saadaan parempi resoluutio. Mutta tässä tapauksessa kaukoputki käyttää valon aallonpituutta millimetrialueella. Tämä on melko pitkä aallonpituus verrattuna näkyvään valoon, joka on 500 nanometrin alueella.
Ja tämä tarkoittaa, että ainoa tapa ylittää diffraktioraja on tehdä teleskooppi isommaksi. Toisin sanoen mitä he tekivät Event Horizon Telescope -sovelluksella. Pohjimmiltaan se on maapallon kokoinen teleskooppi. Hulluutta, mutta totta. Keräämällä tietoja useista kaukoputkista eri puolilla maailmaa, voit yhdistää tiedot muuntaaksesi ne yhdestä GIANT-kaukoputkesta. Totta, sinun täytyy yrittää. Mutta myös tällä menetelmällä on ongelmia. Vain muutamalla kaukoputkella EHT-ryhmä käyttää useita analyyttisiä tekniikoita luomaan todennäköisin kuva kerätyistä tiedoista. Joten he onnistuivat "piirtämään" materiaalia mustan aukon ympärille.
Onko tämä oikea kuva mustasta aukosta?
Jos katsot kaukoputken läpi ja näet Jupiterin, näet itse asiassa Jupiterin. Huomaa: Jos et ole vielä tehnyt tätä, kokeile varmasti sitä. Hyvä juttu. Auringonvalo poistuu Jupiterin pinnalta ja kulkee sitten kaukoputken läpi silmään. Puomi. Jupiter. Hän on todellinen.
Mutta mustalla aukolla asiat ovat hiukan erilaisia. Näkemäsi kuva ei ole edes näkyvällä alueella. Tämä on valokuvan aallonpituuksista luotu radiokuva. Mitä eroa radioaaltojen ja tavallisen näkyvän valon välillä on? Itse asiassa ero on vain aallonpituudessa.
Valo- ja radioaallot ovat sähkömagneettisia aaltoja. Tämä on muuttuvan sähkökentän eteneminen muuttuvan magneettikentän mukana (samanaikaisesti). Nämä aallot kulkevat valon nopeudella - koska ne ovat kevyitä. Koska radiossa ja näkyvässä valossa on erilaiset aallonpituudet, ne ovat vuorovaikutuksessa aineen kanssa eri tavalla. Jos kytket radion päälle kotona, saat signaalin lähimmästä radioasemalta. Nämä radioaallot kulkevat suoraan seinien läpi. Ja näkyvät eivät ohita.
Sama koskee kuvia. Jos objektista on näkyvää valoa, voit nähdä sen silmilläsi ja tallentaa tämän kuvan elokuvalle tai digitaalisella tallentimella. Tämä kuva voidaan sitten näyttää tietokoneen näytöllä ja itse asiassa katsella. Näin näet kuvan kuusta.
Mitä tulee mustan aukon ympärillä olevaan materiaaliin, tämä ei ole näkyvä kuva. Tämä on radiokuva. Kuvan jokainen pikseli edustaa tiettyä aallonpituutta, mutta radioaaltoja. Oranssit osat ovat 1 millimetrin aallon väärien värien esityksiä. Sama tapahtuu, kun haluamme "nähdä" kuvan infrapuna- tai ultraviolettialueella. Meidän on muutettava nämä aallonpituudet näkemykseen.
Joten tämä laukaus mustasta aukosta ei ole tavallinen valokuva.
Ilja Khel