What EHT expects to find In 2018 – a silhouette In the glow of radiation at the center of Milky Way. Simulation by 2017 Jansky Fellow Kazunori Akiyama. ALMA Observatory i MIT Haystack Observatory. KLIKNIJ!
3. Czy wierzysz w czarne dziury?
Czarne dziury mogą być kluczem do zrozumienia najbardziej fundamentalnych prawd wszechświata, ale jak chciałbyś zobaczyć coś, co jest czarne?
I co to jest czarna dziura? /Kliknij i powiększ!/
Dla fizyka to obiekt posiadający horyzont i określone wewnętrzne własności. Dla astronoma to obiekt, który ma określone manifestacje zewnętrzne. Kompaktowy - wielkości horyzontu zdarzeń - masywny obiekt bez oznak powierzchni, którego wnętrze nie jest dostępne do obserwacji.
Pojęcie czarnych dziur po raz pierwszy pojawiło się jako dziwactwo matematyczne w równaniach ogólnej teorii względności, nad którym Einstein i inni naukowcy, tacy jak Karl Schwarzschild, pracowali w XX wieku.
Spekulacje na temat istnienia tak dziwacznych obiektów astronomicznych sięgają jednak końca XVIII wieku.
Zarówno John Mitchell (w 1783), jak i Pierre-Simon Laplace (w 1796) przewidywali istnienie "ciemnych gwiazd", gwiazd tak masywnych i gęstych, że nic nie może uciec z ich powierzchni, chyba że z prędkością większą niż prędkość światła.
Jeśli chodzi o samą nazwę "czarnych dziur", dopiero w 1967 roku fizyk John Archibald Wheeler (1911 - 2008) po raz pierwszy ukuł ten termin, któremu zawdzięczamy także termin "czasoprzestrzeń".
Zespół obserwacyjny sieci EVENT HORIZON TELESCOPE ma nadzieję przetestować podstawowe teorie fizyki czarnych dziur, próbując uzyskać pierwszy obraz horyzontu zdarzeń czarnej dziury.
Łącząc globalną sieć radioteleskopów, tworząc ekwiwalent olbrzymiego teleskopu wielkości Ziemi, stosując technikę znaną jako interferometria o bardzo długiej linii bazowej i syntezę apertury Ziemi, naukowcy zajrzą do serca naszej galaktyki Drogi Mlecznej, gdzie czarna dziura jest 4-krotnie większa niż nasze Słońce. I może otrzymamy zdjęcie horyzontu zdarzeń nasze czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.
"Some example snapshots of the simulated shadow of the event horizon of a black hole. The images from this simulation demonstrate what we expect to see in 1.3-mm emission in eventual images from the Event Horizon Telescope". Planning for Images of a Black Hole: KLIKNIJ!
This infographic shows a simulation of the outflow (bright red) from a black hole and the accretion disk around it, with simulated images of the three potential shapes of the event horizon’s shadow.
Simulated image of an accreting black hole. The event horizon is in the middle of the image, and the shadow can be seen with a rotating accretion disk surrounding it.
Zespół Event Horizon Telescope (EHT) powinien w tym roku opublikować pierwszy obraz tego, jak wygląda horyzont zdarzeń czarnej dziury w centrum Drogi Mlecznej.
Dane EHT zostały pobrane, zebrane i przeanalizowane. Więc gdzie jest pierwszy obraz horyzontu zdarzeń? Odpowiedź jest prosta:
„EHT powinien stworzyć ich obraz za pomocą danych, które posiadamy. Dane już są obrabiane. To zajmie dużo czasu”.
Mimo wszystkich sukcesów fizyki i astronomii, czarne dziury pozostają ciągle hipotezą. W tym sensie, że nie ma bezpośredniego dowodu na istnienie horyzontu dla tych obiektów. Ale fizyka w pobliżu horyzontu jest taka, że niezbędne bezpośrednie argumenty mogą nie pojawić się przez bardzo, bardzo długi czas. Dlatego naukowcy starają się opracować szereg alternatywnych modeli. Z drugiej strony nieustannie trwają prace obserwacyjne, które próbują zweryfikować istnienie hipotetycznej powierzchni kandydatów do czarnej dziury.
Na przykład mocne argumenty zawarte są w serii artykułów Ramecha Narayana i jego kolegów, które pokazują, że brak horyzontu doprowadziłby do akumulacji materii na powierzchni lub wewnątrz alternatywnego obiektu kompaktowego . A nagromadzenie tam krytycznej ilości wodoru lub helu doprowadziłoby do rozbłysków, podobnych do tych obserwowanych z tak zwanych „burstów” promieni rentgenowskich znanych układów podwójnych z gwiazdami neutronowymi. Obserwacje pokazują, że nie ma żadnych błysków od kandydatów na czarne dziury.
W innej serii badań analizowano promieniowanie z supermasywnych czarnych dziur w celu odizolowania wkładu od powierzchni i fotosfery powyżej. Przypatrzono się przypadkom czarnej dziury w centrum naszej Galaktyki, a także kilku supermasywnych centralnych obiektów w innych galaktykach, w których zaobserwowano błyski promieniowania związane z nieciągłościami pływów gwiazd. Ponownie, nie widać wkładu powierzchni.
W końcu wykrycie sygnałów fal grawitacyjnych z połączenia czarnych dziur otwiera nowe możliwości znalezienia obecności powierzchni. Jak dotąd dane nie mają bardzo wysokiej dokładności, ale ich analiza została przeprowadzona, a wynikiem jest brak przewidywanego sygnału z powierzchni, co pozwala odrzucić niektóre z alternatyw.
A weryfikacja alternatywnych opcji jest najważniejszym elementem takich badań. Konieczne jest, aby hipoteza wyjaśniała cały kompleks danych, a nie tylko indywidualne - choć kluczowe fakty. Na przykład w przypadku czarnych dziur oznacza to, że model powinien naturalnie opisywać zarówno zwarte obiekty mas gwiezdnych - w tym mechanizm ich powstawania, jak i supermasywne ciała w centrach galaktyk. W sytuacji, gdy przetrwa tylko jedna z wielu głównych, niepopularnych i marginalnych hipotez, natychmiast staje się standardem. Jest to wtedy standardowa hipoteza .
Jak dotąd, z astrofizycznego punktu widzenia, hipoteza o czarnych dziurach nie napotyka niewyjaśnionych faktów, mimo ciągłych prób odnalezienia ich.
Czarne dziury są dzieckiem OTW Einsteina. Ciągle trwają poszukiwania alternatywnych teorii czarnych dziur. Lecz OTW ciągle pozostaje niezwyciężona. Większość nowych propozycji dotyczących czarnych dziur wymaga innej teorii grawitacji.
Tak więc nie ma ślepej wiary w czarne dziury. Są one dość naturalną konsekwencją dobrze sprawdzonej teorii. Każda alternatywa dla czarnych dziur wymaga przyciągania skrajnie egzotycznych założeń, które nie zostały potwierdzone przez obserwacje. Zaangażowanie w standardowe czarne dziury jest konsekwencją rozsądnego konserwatyzmu badaczy. Oznacza to, że z punktu widzenia fizyki i astronomii czarne dziury są najbardziej naturalnym, nieegzotycznym modelem. Ta sytuacja została opisana przez astrofizyka prof. Edwina Salpetera bardzo zwięźle: „In tha case of Cyg X-1 black hole – is the most conservative hypothesis - Czarna dziura w źródle Cygnus X-1 (obiekt zakładu pomiędzy fizykami Stephenem Hawkingiem i Kipem Thornem) jest najbardziej konserwatywną hipotezą ."
Oczywiście nie ma ślepej wiary w czarne dziury. Dla większości astrofizyków jest to tylko pewien model, a wyniki pracy tej dużej grupy naukowców są po prostu niewrażliwe na szczegóły wewnętrznych właściwości zwartego obiektu. Z punktu widzenia fizyków, którzy próbują zrozumieć wewnętrzne właściwości tych tajemniczych obiektów, czarna dziura jest raczej konserwatywną hipotezą, wynikającą z dobrze udowodnionej teorii. Każda alternatywa dla czarnych dziur wymaga zaangażowania niezwykle egzotycznych mechanizmów. Tak więc zaangażowanie w czarne dziury jest konsekwencją rozsądnego konserwatyzmu badaczy. I czarne dziury to standardowa hipoteza kosmologii.
Dzisiaj, gdy czarne dziury widzimy w sposób pośredni, przy pomocy nowoczesnych teleskopów, możemy przyjąć, że są one podstawowym składnikiem kosmosu i praw fizyki.
Appendix - związany z czarnymi dziurami i kolejnym tekstem.
Czy można oszacować wzrost masy czarnej dziury z powodu akreacji na nią cząstek ciemnej materii ze środowiska międzygalaktycznego? Oszacowali to kiedyś prof. W.W.Orłow i A.A.Rajkow w sposób następujący: „Nasze szacunki o rzędzie wielkości pokazały, że w modelach z ekspansją kosmologiczną wzrost masy czarnych dziur wynikający z kollapsu gwiazd III populacji, od czasu kollapsu w przeszłości wynosi nie więcej niż 0,01% początkowej masy czarnej dziury. W dzisiejszych czasach dla zapewnienia wzrostu o jedną masę Słońca, na czarnej dziurze powinna dokonać się akreacja całej międzygalaktycznej ciemnej materii z kuli o promieniu około 1 kiloparseka. Więc możemy stwierdzić, że czarne dziury o znacznej masie, które są w jądrach galaktycznych o masach rzędu milionów i miliardów mas Słońca nie mogą być skutecznymi „połykaczami” międzygalaktycznej ciemnej materii. Proces wzrostu mas tych czarnych dziur odbywa się głównie ze względu na absorpcję środowiska z macierzystej galaktyki, której gęstość jest kilka rzędów wielkości wyższa”.
Inny rosyjski astrofizyk replikuje: „Tylko teoretycznie jest to możliwe - jeśli dzięki jakiejś magii, doprowadzisz wystarczającą ilość ciemnej materii do wystarczająco małej objętości. Ale naturalne procesy, które realizują tego rodzaju magię, nie są widoczne”.
Jednak amerykańscy astrofizycy stwierdzają:
"Wydaje się, że istnieje tajemniczy związek pomiędzy ilością ciemnej materii, jaką posiada galaktyka, a wielkością jej centralnej czarnej dziury, mimo że obie działają w bardzo różnych skalach" . Astrofizyk dr Akos Bogdan i jego kolega dr Andy Goulding z Uniwersytetu Princeton zbadali ponad 3000 galaktyk eliptycznych . Naukowcy odkryli wyraźną zależność między masą halo czarnej materii a masą czarnej dziury w danej galaktyce. Niewidzialna ręka ciemnej materii w jakiś sposób wpływa na wzrost czarnej dziury.
