Međunarodna mreža radioteleskopa proizvela je prvu ijednu sliku sjene crne rupe, koju su znanstvenici otkrili jutros (10. travnja). Suradnja, nazvana Event Horizon teleskop, potvrdila je desetljećima predviđanja kako će se svjetlost ponašati oko tih tamnih objekata i postavila je pozornicu za novu eru astronomije crnih rupa.
"Od nulte do nevjerojatne, bilo je nevjerojatno", rekla je Erin Bonning, astrofizičarka i istraživačica crnih rupa na sveučilištu Emory, koja nije bila uključena u snimanje.
"To je reklo, to sam očekivala", rekla je za Live Science.
Najava, zadirkivana otprilike tjedan i pol unaprijed, uspjela je biti i nevjerojatno uzbudljiva i gotovo u potpunosti lišena iznenađujućih detalja ili nove fizike. Fizika se nije pokvarila. Nisu otkrivene neočekivane osobine crnih rupa. Sama slika bila je gotovo savršeno podudaranje za ilustracije crnih rupa kakve smo navikli vidjeti u znanosti i pop kulturi. Velika je razlika što je ona puno zamućenja.
Međutim, postojalo je nekoliko važnih pitanja vezanih za crne rupe koje su ostale neriješene, rekao je Bonning.
Kako crne rupe proizvode svoje ogromne mlazove vruće, brze materije?
Sve supermasivne crne rupe mogu žvakati materiju u blizini, apsorbirati većinu prošlosti kroz svoje horizonte događaja, a ostatak ispljunuti u svemir pri brzini svjetlosti, u blistavim kulama koje astrofizičari nazivaju "relativističkim mlaznicama".
A crna rupa u središtu Djevice A (koja se naziva i Messier 87) notorna je po impresivnim mlazovima, sijalicama i zračenju po cijelom prostoru. Njegovi relativistički mlazovi toliko su ogromni da mogu u potpunosti pobjeći od okolne galaksije.
A fizičari znaju široke poteze kako se to događa: Materijal ubrzava do ekstremnih brzina dok dobro pada u gravitaciju crne rupe, a neki dio bježi zadržavajući tu inerciju. No znanstvenici se ne slažu u pojedinostima kako se to događa. Ova slika i pridruženi radovi još ne nude nikakve detalje.
Shvativši da će se to shvatiti, rekao je Bonning, bit će pitanje povezivanja opažanja teleskopa Horizons Event - koja pokrivaju prilično malu količinu prostora - s mnogo većim slikama relativističkih mlaznica.
Dok fizičari još nemaju odgovore, rekla je, velika je šansa da će uskoro doći - posebno kad suradnja stvori slike svog drugog cilja: supermasivne crne rupe Strijelca A * u središtu naše vlastite galaksije, koja ne proizvodi mlaznice poput Djevice A. Usporedba dviju slika, rekla je, mogla bi ponuditi određenu jasnoću.
Kako se opća relativnost i kvantna mehanika međusobno uklapaju?
Kad god se fizičari okupe da razgovaraju o zaista uzbudljivom novom otkriću, možete očekivati da ćete čuti da netko sugerira da bi to moglo pomoći objasniti "kvantnu gravitaciju".
To je zato što je kvantna gravitacija velika nepoznanica u fizici. Otprilike stoljeće fizičari su radili koristeći dva različita skupa pravila: Opća relativnost, koja pokriva vrlo velike stvari poput gravitacije, i kvantna mehanika, koja pokriva vrlo male stvari. Problem je što se ta dva pravilnika međusobno izravno suprotstavljaju. Kvantna mehanika ne može objasniti gravitaciju, a relativnost ne može objasniti kvantno ponašanje.
Jednog dana, fizičari se nadaju da će to dvoje povezati u veliku objedinjenu teoriju, koja vjerojatno uključuje neku vrstu kvantne gravitacije.
I prije današnje najave, nagađalo se da bi to moglo uključivati i nekakav proboj na tu temu. (Da nije bilo predviđanja opće relativnosti na slici, to bi pomaknulo lopticu prema naprijed.) Tijekom informativnog informiranja Nacionalne zaklade za znanost, Avery Broderick, fizičar na Kanadskom sveučilištu i suradnik na projektu su sugerirali da dolaze takvi odgovori.
Ali Bonning je bio skeptičan prema toj tvrdnji. Ova je slika iz perspektive opće relativnosti bila potpuno iznenađujuća pa nije ponudila novu fiziku koja bi mogla zatvoriti jaz između dva polja, rekao je Bonning.
Ipak, nije ludo što se ljudi nadaju odgovorima iz ove vrste promatranja, rekla je, jer rub sjene crne rupe unosi relativističke sile u malene prostore kvantne veličine.
"Očekivali bismo da ćemo vidjeti kvantnu gravitaciju vrlo, vrlo blizu horizonta događaja ili vrlo, vrlo rano u ranom svemiru", rekla je.
Ali na još uvijek zamagljenu rezoluciju Teleskopa Event Horizons, rekla je, vjerojatno nećemo naći takve efekte, čak i ako planirane nadogradnje dolaze.
Jesu li teorije Stephena Hawkinga bile točne kao Einsteinove?
Najveći doprinos fizike fizičara Stephena Hawkinga bio je ideja "Hawkingove radijacije" - da crne rupe zapravo nisu crne, ali s vremenom emitiraju male količine zračenja. Rezultat je bio izuzetno važan, jer je pokazao da će, kad crna rupa prestane rasti, početi gubiti energiju vrlo sporo.
Ali teleskop "Horizons Horizons" nije potvrdio ili negirao ovu teoriju, rekao je Bonning, a ne da je to itko očekivao.
Ogromne crne rupe poput one u Djevici A, rekla je, emitiraju samo minimalne količine Hawkingove radijacije u odnosu na njihovu ukupnu veličinu. Dok naši najnapredniji instrumenti sada mogu otkriti jarka svjetla svojih horizonata događaja, mala je vjerojatnost da će ikad izvući ultra zamračen sjaj površine supermasivne crne rupe.
Ti će rezultati, kako je rekla, vjerojatno poticati iz sitnih crnih rupa - teoretskih, kratkotrajnih objekata toliko malih da biste u ruci mogli staviti cijeli svoj horizont događaja. Uz mogućnost izbliza promatranja i mnogo više dostupnog zračenja u odnosu na njihovu ukupnu veličinu, ljudi bi na kraju mogli smisliti kako ga proizvesti ili pronaći i otkriti njegovo zračenje.
Pa što smo zapravo naučili iz ove slike?
Prvo su fizičari još jednom saznali da je Einstein bio u pravu. Rub sjene, koliko to može vidjeti teleskop Event Horizons, savršen je krug, baš kao što su to radili fizičari u 20. stoljeću radeći s Einsteinovim jednadžbama opće relativnosti.
"Mislim da nikoga ne bi trebalo iznenaditi kad prođe još jedan test opće relativnosti", rekao je Bonning. "Da su izašli na pozornicu i rekli da se slomila opća relativnost, pao bih s stolca."
Rezultat s neposrednijim, praktičnim implikacijama, rekla je, je da je slika omogućila znanstvenicima da precizno mjere masu ove supermasivne crne rupe koja sjedi u 55 milijuna svjetlosnih godina u srcu galaksije Djevica A. 6,5 milijardi je puta masivniji od našeg sunca.
To je velika stvar, rekao je Bonning, jer bi to moglo promijeniti način na koji fizičari teže supermasivne crne rupe u srcima drugih, udaljenijih ili manjih galaksija.
Fizičari trenutno imaju prilično precizno mjerenje mase supermasivne crne rupe u srcu Mliječnog puta, rekao je Bonning, jer mogu gledati kako njezina gravitacija kreće pojedine zvijezde u svom kvartu.
Ali u drugim galaksijama, naši teleskopi ne mogu vidjeti pokrete pojedinih zvijezda, rekla je. Dakle, fizičari su zaglavljeni s grubljim mjerenjima: Kako masa crne rupe utječe na svjetlost koja dolazi iz različitih slojeva zvijezda u galaksiji ili kako njena masa utječe na svjetlost koja dolazi iz različitih slojeva plinova koji slobodno plutaju u galaksiji.
Ali ti su proračuni nesavršeni, rekla je.
"Morate modelirati vrlo složen sustav", rekla je.
A dvije metode na kraju daju pomalo različite rezultate u svakoj opaženoj fizičari galaksije. Ali barem za crnu rupu u Djevici A, sada znamo da je jedna metoda točna.
"Naše određivanje 6,5 milijardi solarnih masa završava slijetanjem na vrh težine mase", izjavila je na brifingu za novinare Sera Markoff, astrofizičarka sa Sveučilišta u Amsterdamu i suradnica na projektu.
To ne znači da će fizičari tek ići na veliko prema tom pristupu za mjerenje mase crnih rupa, rekao je Bonning. Ali nudi važnu točku podataka za pročišćavanje budućih izračuna.
