През 1919 г. сега известната експедиция на Едингтън се осмели да види дали гравитацията може да огъне светлината
- основен тест на общата теория на относителността на Айнщайн.
Като видяха пълно слънчево затъмнение, те показаха, че Слънцето променя пътя на звездната светлина точно както е предсказано
- превръщайки Айнщайн и неговата теория в световно известни.
Сега, цял век по-късно, учените са тръгнали отново,
в още по-отдалечени места, разпръснати на четири континента.
Те отново ще разширят границите на астрономическите знания,
тествайки същата теория по начин, който Айнщайн никога не би могъл да си представи.
Тяхната цел: да направят снимка на черна дупка, нещо толкова амбициозно, че изглеждаше невъзможно ...
досега!
Историята на черните дупки започва като пъзел.
През 1915 г. Карл Шварцшилд забелязва, че тогава новата обща теория на относителността на Айнщайн
предсказва съществуването на странни обекти, известни като “особености”.
Това бяха места, където новите му уравнения, описващи гравитацията, сякаш не бяха валидни.
Вътре в тях имаше странно място, където времето спря и пространството стана безкрайно ...
По това време много учени, включително Айнщайн,
смятаха , че са твърде странни, за да си струва сериозно да проучат.
Оттогава обаче след сто години,
бяха натрупани доказателства , показващи че в нашата Вселена съществуват особености…
... като черни дупки.
Черната дупка е най-загадъчният обект във Вселената.
Там, където материята се намира в толкова малко пространство и е толкова плътна
че силата на гравитацията не позволява дори светлината да избяга.
Сега това е еднопосочна врата от нашата Вселена.
Знаем, че те се намират в центъра на галактиките
и те управляват как тези галактики растат и как тези галактики умират, те поглъщат газ и се появяват звездите.
Те са и тези невероятно загадъчни обекти ,
които съществуват на границата между двете велики физически теории:
обща теория на относителността , която описва гравитацията,
и квантовата механика, която описва най-малките неща в света.
Ако искате да направите тест на основните теории за Вселената и
искате да отидете в най-крайните лаборатории във Вселената,
това е черната дупка .
Но наблюдението на тази най-екстремална лаборатория изисква екстремен инструмент.
Огромната тежест на черните дупки е пречка за директното им наблюдение .
Светлината не може да избяга от тях и те са малки -
свиване на огромни количества материя в малки точки на тъмнина.
Докато съществуването на тези най-странни обекти стана по-широко възприето,
да ги видим директно остава невъзможна мечта.
Всъщност, за да се постигне необходимата резолюция, за да се видят черните дупки директно,
един телескоп би трябвало да е с размерите на планетата Земя
- явно твърде голям, за да бъде осъществим.
Вместо това астрономите прекараха десетилетия в изучаване на ефектите, които черните дупки имат върху материята около тях.
Но мечтата за получаване на по-конкретни доказателства за тези екзотични обекти
беше прекалено изкушаваща за да бъде просто забравена.
От математическа гледна точка всички разбираме, че черните дупки съществуват,
но действително да видим нещо е много примамливо преживяване
и мисля, че е важно за науката и за нас да вярваме в нея.
В края на 60-те години на миналия век новата техника промени астрономията.
Taka наречената интерферометрия с много дълга база , тя позволява на няколко телескопа да наблюдават като екип
- създаването на по-голям, „виртуален” телескоп, който може да преодолее ограниченията върху размера на телескопа.
С разпространението на този метод стана ясно, че директното изобразяване на черна дупка е реална възможност.
През 2009 г. се роди проектът за телескоп Event Horizon, EHT
- да преследваме тази вълнуваща цел.
Event Horizon Telescope е плод на сътрудничество на учени от цял ​​свят
от много различни страни, континенти и институции
да се направи телескоп с размерите на Земята, давайки ни най-високата резолюция
която в момента е постигната с телескопи от всякакъв вид.
От самото начало беше ясно, че EHT (Event Horizon Telescope) ще се сблъска с уникални препятствия.
Но така както, " да повярваш като видиш” ,така и екипът беше посветен да разкрие за първи път черна дупка.
За да го създадат, осем телескопа по света бяха свързани помежду си.
ESO (European Southern Observatory) играе ключова роля в два от тези телескопи, разположени на платото Chajnantor в Чили:
Големият милиметър /субмилиметров радиотелескоп в Атакама - ALMA (Atakama Large Milimeter Array )
и Експериментът на Атакама Pathfinder, известен като APEX.
Другите телескопи, които съставляват EHT, са 30-метровият телескоп IRAM в Испания,
големия милиметров телескоп в Мексико,
субмилиметровия телескоп в Аризона,
телескопа на Джеймс Клерк Максуел
и субмилиметровия комплекс, и двата на Хаваите,
и накрая телескопа на Южния полюс в Антарктика.
Заедно те могат да постигнат резолюция, равна на четенето на вестник в Париж, докато седите в Ню Йорк.
Огромните предизвикателства на проекта скоро станаха ясни.
Телескопите, всичките силно усъвършенствани инструменти, сами по себе си не бяха построени, за да работят заедно.
За да работят заедно, като един взаимносвързан интерферометър беше необходим огромен екип.
Това са инженери, наблюдатели, теоретици и всички те работят заедно,
не само да си представим хоризонта на събитията в черната дупка, но и да разберем какво виждаме.
Проектът събра повече от 200 учени от над 100 институции,
като всеки от тях трябваше да прави нещата по нов начин, докато изградиха тази съвсем нова организация.
Координирането на такъв голям екип в цял свят беше само едно от многото предизвикателства.
С проект, който поставя нови критерии за човешка изобретателност, има много възможности нещата да се объркат.
И едно след друго , те се случваха ...
откази на оборудването ... прекъсвания на захранването ... липса на достатъчно твърди дискове за съхраняване на данни ...
Вярвате или не, в един момент някои от учените дори са били държани под око по време на наблюденията си ...
Скоро проектът беше в тежко състояние ...
Разположението на телескопа представляваше и огромни практически предизвикателства.
Местата, които са най-добри за гледане на нощното небе, често са най-трудните за изграждане на обсерватории.
Телескопите на EHT не са изключение.
Техните отдалечени места са разпръснати на четири континента,
включително обсерваториите в безплодната чилийска пустиня Атакама,
на замръзнало плато в Антарктика
и на върха на спящия вулкан в Хаваите.
Всичките тези телескопи са разположени далеч от цивилизацията,
където градските светлини не замърсяват нощното небе.
Но за астрономите, които се осмеляват да вземат данните от телескопите,
изолацията беше най-малкия от техните проблеми.
Много сухи места на големи височини са идеални за наблюдения,
тъй като те избягват водните пари в атмосферата , които пречат на светлината от астрономическите обекти.
ALMA и APEX са разположени на платото Chajnantor,
на височина от 5000 метра в безплодната чилийска пустиня Атакама,
място, което е толкова негостоприемно, че служи за изпитателен полигон на марсоход.
Хората, работещи тук, трябваше да използват кислородни резервоари, тъй като въздухът е твърде малко, за да може да се диша.
Опасностите от височинна болест бяха споделени и от наблюдателите в телескопа Джеймс Клерк Максуел
и Субмилиметровия Комплекс, разположен близо до върха на спящия вулкан Мауна Кеа.
На това местоположение , изложено високо над морското равнище,
астрономите рискуваха сериозна дехидратация и слънчев удар.
В противоположния край на температурната скала,
наблюдателите в Телескопа на Южния полюс в Антарктика
трябваше да издържат минусови температури за дълги периоди от време.
Тук имаше уникални предизвикателства;
през зимата Слънцето никога не се издига над хоризонта,
създавайки една нощ, която продължава месеци.
Чудесно за телескопите, но това беше психологическа тежест върху хората.
В тези враждебни региони бяха прекарвани безсънни нощи.
След почти десетилетие на подготовка, EHT най-накрая беше готов
да използва всичките осем телескопа като един инструмент.
На 5 април 2017 г. EHT за първи път е насочен към избраната цел, M87 *,
черна дупка в центъра на огромната галактика Месие 87, на около 55 милиона светлинни години от Земята.
Опитвайки се да надникне в тъмното сърце на галактиката на десетки милиони светлинни години далече ,
може да изглежда като странен избор.
Има много черни дупки, които са по-близо до нас.
Но M87 * беше внимателно подбран.
Имаше две големи предимства:
Това е една от най-големите известни черни дупки,
давайки на астрономите по-голям шанс да я видят от по-малките черни дупки близо до нас
и не е твърде далеч на север или на юг в небето
-което е решаващо дали телескопите по целия свят могат да я наблюдават едновременно.
Когато тези безсънни нощи на наблюдение приключиха, започна нова фаза на работа.
За да разберат какво са видели
учените трябваше старателно да комбинират и анализират данните.
Два изчислителни центъра, един в Европа и един в САЩ,
комбинираха зашеметяващо количество данни
- около 350 терабайта на ден от всеки телескоп.
Данните трябваше да бъдат синхронизирани с атомни часовници така прецизно
че да имат разлика само 1 секунда на всеки 10 милиона години
и след това транспортирани на специализирани , пълни с хелий твърди дискове.
Ръчното носене на този скъпоценен товар може да изглежда като нискотехнологично решение,
но устройствата съдържаха толкова много данни, че преместването им на ръка беше,
на моменти, най-бързото предаване на данни в историята.
След безброй часове работа по данните, започна да се оформя изображение.
Този образ ще покаже на стотици учени дали десетилетия на работа са постигнали недостижимото,
или е било напразно.
Въпреки че самите черни дупки са напълно тъмни,
те влияят на пътя на фотоните, които пътуват в тяхната околност
и оставят несъмнен отпечатък на светлината от акреционния диск, обграждащ черната дупка
- голям диск от материя, постепенно и спираловидно приближаващ се към своя гостоприемник.
Падащата материя става много концентрирана,
причинявайки нагряване от триене , за да се образува нажежена плазма.
Пътят на светлината, излъчвана от този светещ газ, се определя от черната дупка:
светлината, минаваща близо до нея, се огъва от огромната гравитация, заобикаляйки ръбовете,
но светлината, минаваща твърде близо, се улавя, без никога да избяга.
Видяни от Земята с радиотелескопи,
тези ефекти се проявяват като сянка на черна дупка
- тъмен централен район, очертан срещу светещата плазма.
След две години на усърдни изчисления, образът най-накрая беше готов….
Въпреки че данните са взети от зашеметяващото разстояние от 55 милиона светлинни години,
изображението разкрива пръстеновидна структура с тъмен централен район.
За първи път в историята: сянката на черна дупка !
И тогава ние виждаме първоизточника на този пръстен.
Виждаме хоризонта на събитията и виждаме тази сянка, този тъмен регион и вие знаете веднага ,че
разглеждаме хоризонт на събитията в черна дупка от всички страни наведнъж в това нещо.
Виждаме регион, където времето спира.
Това е съвсем различна част от Вселената, която виждаме за първи път.
Искам да кажа, че това е точно същото , което търсихме, но след осем години
и целия този дълъг процес, няколко седмици визуализация и те ни показаха точно това, което искахме.
Не можех да повярвам.
Е, трябва да кажа, че е дадено ново значение сега,
тъй като всъщност имаме образи, които приличат на симулациите.
Има необикновено сливане между теорията и експеримента
и това ни обещава огромни пробиви на хоризонта.
Това историческо постижение е важен етап в развитието на нашето разбиране за Вселената,
и също така поставя нов прецедент за глобално сътрудничество в научните изследвания.
Едно от най-вдъхновяващите неща за мен е екипът, който сме създали,
и фактът, че правим нещо, което хората смятаха , че не беше възможно,
и когато в края на деня направите нещо, което хората казват, че не можете да направите, това е невероятно чувство,
и мисля, че целият екип е много горд, че сме постигнали нещо подобно.
Това не е само за нас, а и за всички.
С разширяването на EHT
това ще ни позволи да изследваме големите въпроси, които привличат изследователите към черните дупки:
kak нашите закони на физиката се държат при най-екстремните условия, за които знаем?
Как работи механиката на газовете, радиацията и частиците около черната дупка?
Кои теории са правилни и кои ще отпаднат при по-точни наблюдения?
Само времето ще покаже кои тайни ще разкрие EHT.
Преведени от ЕСО; преведен от -