Najveći objekt na našem noćnom nebu - daleko je to - nama je nevidljiv. Objekt je Supermasivna crna rupa (SMBH) u središtu naše galaksije Mliječni put, zvana Strijelac A. Ali uskoro ćemo možda imati sliku horizonta događaja Strijelca A. A ta bi slika mogla predstavljati izazov Einsteinovoj teoriji opće relativnosti.
Nitko nikada nije vidio horizont događaja crne rupe. Intenzivno gravitacijsko povlačenje sprečava da išta, čak i svjetlost, ne pobjegne. Horizont događaja je točka bez povratka. Bez obzira, svjetlo i nikakvi podaci ne mogu pobjeći. No možda smo blizu dobijanja slike horizonta događaja Strijelca A, zahvaljujući teleskopu Event Horizon (EHT).
EHT je međunarodna suradnja namijenjena istraživanju neposredne okoline crne rupe. To nije jedan teleskop, već je povezani sustav radio-teleskopa širom svijeta koji zajedno rade interferometrijom. Mjerenjem elektromagnetske energije iz regije koja okružuje crnu rupu s više radio posuda na više lokacija, mogu se utvrditi neka svojstva izvora.
Istraživači s EHT-om nadaju se da će njihova promatranja na kraju pružiti slike intenzivnih gravitacijskih efekata koje očekujemo u blizini crne rupe. Nadaju se i da će otkriti dio dinamike na radu u blizini rupe kako orbita koja tlo u akrecijskom disku dostiže relativističku brzinu.
Projekt EHT prikupio je podatke o Strijelcu A i još jednoj crnoj rupi zvanoj M87 u središtu galaksije Djevica A u razdoblju od četiri godine. Te su četiri godine završile u travnju 2017., ali tim od 200 znanstvenika i inženjera još uvijek analizira podatke. U međuvremenu, tim je objavio fotografije računalnih modela onoga što se nadaju vidjeti.
Slika se možda ne čini mnogo, ali je značajna. To je ekvivalent čitanju naslova novine o mjesecu dok stojite na Zemlji. Slika nam može pomoći da odgovorimo na neka zbunjujuća pitanja u vezi s crnim rupama:
- Kakvu su ulogu crne rupe igrale u stvaranju galaksija?
- Kako izgledaju svjetlost i materija dok padaju prema crnoj rupi?
- Od čega su napravljeni tokovi energije koji pucaju iz crnih rupa?
Postoji i šansa da slika EHT-a strijelca A znači da će Ainsteinovu teoriju opće relativnosti trebati ažurirati. (Iako je obično loša ideja kladiti se protiv Einsteina.)
Crne rupe i horizont događaja
Crne rupe u osnovi su leš zvijezde. Kad vrlo masivna zvijezda izgori kroz sve svoje gorivo, ona se srušava u izuzetno gustu točku, odnosno singularnost. Crna rupa ima nevjerojatno snažan gravitacijski potez koji povlači plin i prašinu prema njoj. Jednom svakih 10.000 godina ili više, Strijelac A čak i pojede zvijezdu.
Horizont događaja je poput školjke oko crne rupe. Nakon što bilo koja stvar - ili čak svjetlost - dosegne horizont događaja, igra je gotova. Crna rupa raste u veličini kako troši materiju, a horizont događaja se također širi.
Strijelac A, naša vrlo velika masivna crna rupa (SMBH), ogromna je. Ima masu 4 milijuna puta veću od Sunca. No iako je tako, to nije toliko veliko u usporedbi s ostalim SMBH. Drugi SMBH u projektu EHT znatno je veći, sa masom od 7 milijardi puta većim od Sunca.
EHT će proizvesti sliku horizonta događaja proučavajući područje oko crne rupe. Nešto se događa s materijalom dok pada u crnu rupu. Tvori disk za zakretanje vrtlog plina i prašine koji je u osnovi u modelu držanja dok se ne usisava u rupu. Taj se materijal ubrzava do relativističkih brzina, što znači blizu brzine svjetlosti. Kad se to dogodi, materijal se pregrijava i emitira energiju.
Ali crna rupa je tako moćna gravitacijsko da savija tu svjetlost u fenomenu zvanom gravitacijsko leće. Ova leća stvara tamnu regiju koja se naziva sjenom crne rupe. Prema teoriji, horizont događaja trebao bi biti oko 2,5 puta veći od sjene. Nakon što znanstvenici dobiju sliku sjene, oni znaju veličinu horizonta događaja. Veličina horizonta događaja proporcionalna je masi crne rupe. Tako bi u slučaju Strijelca A trebao biti promjera oko 24 milijuna km.
Tako neće biti nijedne slike same crne rupe, već će biti slike sjene koju crna rupa baca. Znanstveno, to je veliki skok u našem razumijevanju crnih rupa. I u slučaju sumnje o postojanju crnih rupa, slika sjene pružit će čvrste dokaze da su crne rupe zaista tamo.
EHT i mlaznice
Unatoč ogromnoj veličini Strijelca, na nebu je malen. Previše je malo da bi se mogao vidjeti niti jedan teleskop. Zbog toga je implementiran EHT. Kombinira 7 zasebnih radio-teleskopa širom svijeta u jedan veliki virtualni teleskop koristeći tehniku zvanu Interferometrija vrlo dugačke polazne linije (VLBI), nešto s čime su poznavaoci astronomije poznati. Virtualni teleskop ima mnogo veću razlučujuću snagu od jednog opsega, a astronomima je omogućio istraživanje područja u blizini Sgr. A.
Tijekom razdoblja od jednog tjedna u travnju 2017. godine, EHT tim je pokazao svih sedam njegovih opsega na Sgr A, a sedam atomskih satova zabilježilo je vrijeme dolaska signala na svaki teleskop. Proučavajući i kombinirajući signale, znanstvenici mogu stvoriti sliku Sgr A. Ovo je dugotrajan proces koji traje.
Energetski mlazovi koji teku iz blizine crne rupe posebno su zanimljivi za istraživače. Materija koja se vrti oko akumulacijskog diska u crnoj rupi zagrijava se do milijarde stupnjeva. Neki od njih ulaze u crnu rupu, ali ne svi.
Energetski mlazovi dio su bijega od akumulacijskog diska. Oni putuju brzinom svjetlosti nekoliko desetaka tisuća svjetlosnih godina. Znanstvenici žele znati više o njima.
Kada je u pitanju Sgr. A, ne znamo ima li mlaznica. U posljednjih nekoliko desetljeća nije bio vrlo aktivan, pa možda nema mlaznica. Ali ako su tamo, EHT će tamo pokupiti radio signale. Tada ćemo možda dobiti odgovore na nekoliko temeljnih pitanja o mlaznicama:
- Kako počinju?
- Kako se ubrzavaju do relativističke brzine?
- Kako ostaju čvrsto usredotočeni?
- Od čega su točno napravljeni?
Je li teška Einsteinova teorija opće relativnosti?
Vjerojatno ne. Ali postoji šansa
Većina našeg Sunčevog sustava prilično je prozaično, radno mjesto. Odatle potječe većina naših opažajnih dokaza koji podržavaju opću relativnost. Ali regija koja okružuje crnu rupu nije normalno susjedstvo.
Uvjeti su ekstremni. Intenzivna gravitacija, pregrijani mlazovi materijala koji se kreću brzinom svjetlosti i horizont događaja. Ali što se tiče opće relativnosti, uglavnom se radi o gravitaciji i svjetlosti.
Opća relativnost predviđa da će gravitacija crne rupe zakriviti vrijeme prostora i privući joj sve, uključujući svjetlost. Podaci prikupljeni od strane EHT-a pružit će mjerenja ovog fenomena koja se mogu uporediti s Einsteinovim predviđanjima. Ako se podaci poklapaju s predviđanjima, Einstein opet pobjeđuje.
Opća relativnost daje još jedno predviđanje: sjena koju baca disk za akciju treba biti kružna. Ako nije kružna i više je ovoidna, onda formule u Općoj relativnosti nisu potpuno točne.
John Wardle je astronom koji je desetljećima proučavao crne rupe, još dok su još bili samo teorijski konstrukt. Umesto je uključen u projekt EHT. Wardle misli da će Opća relativnost izdržati ovaj test i da će Einstein opet pobijediti. Ali ako opća relativnost ne uspije u ovom testu, naći ćemo se u vrlo teškoj i čudnoj situaciji.
"Tada ćemo biti u teškoj ravnoj jakni, jer ne možete izvršiti promjene koje uništavaju sve ostale bitove koji djeluju", rekao je Wardle. "To bi bilo vrlo uzbudljivo."
- Priopćenje za sveučilište Brandeis: "Kako izgleda crna rupa?"
- Televizor za horizonte događaja
- Unos Wikipedije: Interferometrija
- Unos Wikipedije: Horizont događaja
