Το 1919 η πλέον διάσημη ερευνητική αποστολή του Eddington αποτόλμησε να δει αν η βαρύτητα μπορεί να κάμψει το φως
- ένα σημαντικό τεστ της γενικής θεωρίας της σχετικότητας του Einstein.
Από την παρατήρηση μιας ολικής ηλιακής έκλειψης, έδειξαν ότι ο Ήλιος άλλαξε την πορεία του φωτός από τ' αστέρια όπως προβλεπόταν
- κάνοντας τον Einstein και τη θεωρία του, γνωστούς παγκοσμίως.
Τώρα, έναν ολόκληρο αιώνα αργότερα, οι επιστήμονες ξεκίνησαν και πάλι,
σε ακόμη πιο απομακρυσμένες τοποθεσίες, διάσπαρτες σε τέσσερις ηπείρους.
Θα ωθήσουν και πάλι τα όρια της αστρονομικής γνώσης,
δοκιμάζοντας την ίδια θεωρία κατά τέτοιο τρόπο που ο Αϊνστάιν δεν μπορούσε ποτέ να φανταστεί.
Σκοπός τους: να τραβήξουν μια εικόνα μιας μελανής οπής, κάτι τόσο φιλόδοξο που φαινόταν αδύνατο ...
μέχρι τώρα!
Η ιστορία των μελανών οπών αρχίζει ως γρίφος.
Το 1915 ο Karl Schwarzschild παρατήρησε ότι η καινούργια, για τότε, γενική θεωρία της σχετικότητας του Einstein
προέβλεψε την ύπαρξη περίεργων αντικειμένων γνωστών ως "χωροχρονικές ανωμαλίες".
Ήταν σε μέρη όπου οι νέες εξισώσεις του που περιέγραφαν τη βαρύτητα φαινόταν να καταλήγουν σε χαοτική μορφή .
Μέσα σε αυτά ήταν ένα περίεργο μέρος όπου ο χρόνος σταμάτησε και ο χώρος έγινε άπειρος ...
Εκείνη την εποχή, πολλοί επιστήμονες, συμπεριλαμβανομένου του Einstein,
τα θεωρούσαν υπερβολικά περίεργα για να αξίζουν σοβαρά την έρευνα.
Πάνω από εκατό χρόνια από τότε, ωστόσο,
συσσωρεύτηκαν πολλές ενδείξεις οι οποίες υποδείκνυαν ότι υπάρχουν χωροχρονικές ανωμαλίες στο Σύμπαν μας ...
... ως μελανές οπές.
Η μελανή οπή είναι το πιο μυστήριο αντικείμενο στο Σύμπαν.
Είναι το μέρος όπου η ύλη συμπηκνώνεται σε τόσο μικρό χώρο και είναι τόσο πυκνή
όπου η δύναμη της βαρύτητας εμποδίζει τη διαφυγή του φωτός.
Τώρα αυτή είναι μια πόρτα μονής κατεύθυνσης από το σύμπαν μας.
Ξέρουμε ότι βρίσκονται στις καρδιές των γαλαξιών
και καθοδηγούν όλη την διαδικασία για το πως αυτοί οι γαλαξίες μεγαλώνουν και πως αυτοί οι γαλαξίες πεθαίνουν, καταπίνοντας αέρια και αστέρια.
Είναι επίσης αυτά τα απίστευτα αινιγματικά και μυστηριώδη αντικείμενα
που ζουν στα όρια μεταξύ των δύο μεγάλων θεωριών της φυσικής μας:
τη γενική σχετικότητα, η οποία περιγράφει τη βαρύτητα,
και τη κβαντομηχανική, που περιγράφει τα μικρότερα πράγματα στον κόσμο.
Αν θέλετε να κάνετε μια δοκιμασία των θεμελιωδών θεωριών του Σύμπαντος
θα θέλησετε να πάτε στα πιο ακραία εργαστήρια του Σύμπαντος,
και μια μαύρη τρύπα είναι αυτό.
Αλλά για την παρατήρηση αυτού του ακραίου εργαστήριου απαιτείται ένα πολύ ισχυρό όργανο.
Η τεράστια βαρύτητα των μελανών οπώ αποτελεί εμπόδιο στην άμεση παρατήρηση τους.
Κανένα φως δεν μπορεί να ξεφύγει από αυτά και είναι μικροσκοπικά -
συνθλίβοντας τεράστιες ποσότητες ύλης σε μικρά σκοτεινά σημεία.
Ακόμη και όταν η ύπαρξη αυτών των πιο περίεργων αντικειμένων έγινε ευρύτερα αποδεκτή,
η άμεση παρατήρηση τους έμεινε ως ένα αδύνατο όνειρο.
Στην πραγματικότητα, για να επιτευχθεί η απαραίτητη διακριτική ικανότητα για να δούμε μελανές οπές άμεσα,
ένα ενιαίο τηλεσκόπιο θα έπρεπε να έχει το μέγεθος του πλανήτη Γη
- σαφώς υπερβολικά μεγάλο για να είναι εφικτό.
Αντ 'αυτού, οι αστρονόμοι πέρασαν δεκαετίες μελετώντας τα αποτελέσματα που έχουν οι μελανές οπές στην ύλη γύρω τους.
Αλλά το όνειρο να πάρει κανείς πιο συγκεκριμένες αποδείξεις για αυτά τα εξωτικά αντικείμενα
ήταν πολύ δελεαστικό για να ξεχαστεί απλά.
Όλοι καταλαβαίνουμε από μαθηματικής πλευράς ότι οι μελανές οπές υπάρχουν,
αλλά για να δούμε πραγματικά κάτι είναι μια πολύ ενστικτώδη εμπειρία
και πιστεύω ότι είναι σημαντικό για την επιστήμη, αλλά και για εμάς να την πιστέψουμε.
Στα τέλη της δεκαετίας του 1960, μια νέα τεχνική άλλαξε την αστρονομία.
η οποία ονομάστηκε πολύ μεγάλης βάσης συμβολομετρία (very-long baseline interferometry), και επέτρεψε σε αρκετά τηλεσκόπια να παρατηρήσουν ως ομάδα
- Δημιουργώντας ένα μεγαλύτερο, "εικονικό" τηλεσκοπίο που θα μπορούσε να ξεπεράσει τους περιορισμούς όσο αναφορά στο μέγεθος του τηλεσκοπίου.
Καθώς αυτή η μέθοδος έγινε ευρέως γνωστή, κατέστη σαφές ότι η άμεση απεικόνιση μιας μελανής οπής ήταν μια πραγματική πιθανότητα.
Το 2009, γεννήθηκε το Event Telescope Horizon project, το EHT
- για να επιτύχει αυτό το συναρπαστικό στόχο.
Η ομάδα του Event Horizon Telescope είναι μια συνεργασία επιστημόνων από όλο τον κόσμο
από πολλές διαφορετικές χώρες, ηπείρους και ερευνητικά κέντρα
για να κατασκευάσουν ένα τηλεσκόπιο με το μέγεθος της Γης, δίνοντάς μας την υψηλότερη ανάλυση που υπάρχει
που επί του παρόντος είναι εφικτή με τηλεσκόπια οποιουδήποτε είδους.
Ήταν σαφές από την αρχή ότι το EHT θα αντιμετώπιζε μοναδικά εμπόδια.
Αλλά «μόνο βλέποντας πιστεύεις », και η ομάδα ήταν αφιερωμένη στην αποκάλυψη μιας μελανής οπής για πρώτη φορά.
Για να το δημιουργήσουμε, οκτώ τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο συνδέθηκαν μεταξύ τους.
Το ESO διαδραματίζει βασικό ρόλο σε δύο από αυτά τα τηλεσκόπια, τα οποία βρίσκονται στο οροπέδιο Chajnantor της Χιλής:
το Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array - ALMA -
και το πείραμα Atacama Pathfinder, γνωστό ως APEX.
Τα άλλα τηλεσκόπια που αποτελούν το EHT είναι το τηλεσκόπιο IRAM 30 μέτρων στην Ισπανία,
το Large Millimeter Telescope στο Μεξικό,
το Submillimeter Telescope στην Αριζόνα,
το James Clerk Maxwell Telescope
και το Submillimeter Array, τα οποία και τα δύο βρίσκονται στη Χαβάη,
και τέλος το South Pole Telescope στην Ανταρκτική.
Μαζί, μπορούν να επιτύχουν μια διακριτική ικανότητα ισοδύναμη με αυτή της ανάγνωσης μιας εφημερίδας στο Παρίσι, ενώ κάθεται κάποιος στη Νέα Υόρκη.
Οι τεράστιες προκλήσεις του έργου έγιναν σύντομα σαφείς.
Τα τηλεσκόπια, όλα με ιδιαίτερα προηγμένα όργανα, δεν κατασκευάστηκαν για να δουλέψουν μαζί.
Για να τα κάνουν να συνεργαστούν ως ένα συνδεδεμένο συμβολόμετρο χρειάστηκε μια τεράστια ομάδα.
Αυτοί είναι μηχανικοί, παρατηρητές, θεωρητικοί, και όλοι δουλεύουν μαζί,
όχι μόνο για να απεικονίσουν τον ορίζοντα γεγονότων μιας μελανής οπής, αλλά και να καταλάβουμε και εμείς τι βλέπουμε.
Το έργο συγκέντρωσε περισσότερους από 200 επιστήμονες πάνω από 100 ιδρύματα,
που όλοι τους έπρεπε να παίξουν τα πράγματα με το αυτί καθώς έχτισαν αυτή τον ολοκαίνουργιο οργανισμό.
Ο συντονισμός μιας τόσο μεγάλης ομάδας διασκορπισμένης σε ολόκληρο τον πλανήτη ήταν μόνο μία από τις πολλές σημαντικές προκλήσεις.
Με ένα έργο που θέτει νέα σημεία αναφοράς για την ανθρώπινη ευστροφία, υπάρχει αρκετό περιθώριο για να πάνε τα πράγματα στραβά.
Και, το ένα μετά το άλλο, το κατάφεραν ...
Βλάβες εξοπλισμού ... Σφάλματα ρεύματος ... Περιορισμένος χώρος στους σκληρούς δίσκους για την αποθύκευση δεδομένων ...
Πιστέψτε το ή όχι, σε κάποιο σημείο, κάποιοι από τους επιστήμονες κρατήθηκαν ακόμη και με το όπλο κατά τη διάρκεια των παρατηρήσεών τους ...
Σύντομα το έργο ήταν σε δεινή θέση...
Οι θέσεις του τηλεσκοπίου παρουσίαζαν επίσης τεράστιες πρακτικές προκλήσεις.
Τα περιβάλλοντα που κρίθηκαν ως καλύτερα για την παρατήρηση του νυχτερινού ουρανού είναι συχνά τα πιο δύσκολα μέρη για την κατασκευή παρατηρητηρίων.
Τα τηλεσκόπια του EHT δεν αποτελούν εξαίρεση.
Οι απομακρυσμένες τοποθεσίες τους είναι διάσπαρτες σε τέσσερις ηπείρους,
συμπεριλαμβανομένων των παρατηρητηρίων στην άγονη Chilean Atacama Desert,
στο παγωμένο οροπέδιο της Ανταρκτικής
και πάνω στο αδρανές ηφαίστειο στη Χαβάη.
Όλα αυτά τα τηλεσκόπια βρίσκονται μακριά από τον πολιτισμό,
όπου τα φώτα της πόλης δεν μολύνουν τον ουρανό της νύχτας.
Αλλά, για τους αστρονόμους που αποθαρρύνθηκαν να πάν σε αυτά τα τηλεσκόπια γιανα πάρουν τα δεδομένα,
η απομόνωση ήταν το λιγότερο από τα προβλήματά τους.
Οι πολύ ξηρές συνθήκες σε μεγάλα υψόμετρα είναι ιδανικές για παρατηρήσεις,
δεδομένου ότι αποφεύγονται οι υδρατμοί της ατμόσφαιρας που παρεμβαίνουν στο φως από τα αστρονομικά αντικείμενα.
Το ALMA και το APEX βρίσκονται στο οροπέδιο Chajnantor,
σε υψόμετρο 5000 μέτρων στην άγονη Chilean Atacama Desert,
ένας τόπος τόσο αφιλόξενος ώστε να χρησιμεύει ως χώρος δοκιμών για τα ρομποτικά οχήματα εξερεύνησης που προορίζονται για τον Άρη.
Οι άνθρωποι που εργάζονται εδώ έπρεπε να χρησιμοποιούν δεξαμενές οξυγόνου καθώς ο αέρας είναι πολύ λίγος για να αναπνεύσουν.
Οι κίνδυνοι ασθενειών λόγω υψομέτρου επίσης κοινοποιούνταν μεταξύ των παρατηρητών στο Τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell
και στο Submillimeter Array που βρίσκεται κοντά στην κορυφή του αδρανοποιημένου ηφαιστείου Mauna Kea.
Σε αυτή την εκτεθειμένη τοποθεσία που βρίσκεται ψηλά πάνω από τη θάλασσα,
οι αστρονόμοι διατρέχουν τον κίνδυνο σοβαρής αφυδάτωσης και ηλίασης.
Στο αντίθετο άκρο της κλίμακας θερμοκρασίας,
παρατηρητές στο τηλεσκόπιο του νότιου πόλου στην Ανταρκτική
έπρεπε να υπομείνουν θερμοκρασίες κάτω από το μηδέν για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Εδώ, υπήρχαν μοναδικές προκλήσεις.
το χειμώνα ο Ήλιος δεν ανεβαίνει ποτέ πάνω από τον ορίζοντα,
δημιουργώντας μια ενιαία βραδιά που διαρκεί μήνες.
Θαυμάσιο για τα τηλεσκόπια, αλλά για τους ανθρώπους αποτελεί επιπλέον ψυχολογικός φόρτος.
Οι άγρυπνες νύχτες αξιοποιήθηκαν με δουλειά σε αυτές τις εχθρικές περιοχές.
Μετά από σχεδόν μια δεκαετία προετοιμασίας, το EHT ήταν τελικά έτοιμο
να χρησιμοποιήσει και τα οκτώ τηλεσκόπια ως ένα όργανο.
Στις 5 Απριλίου 2017 το EHT για πρώτη φορά στοχεύει στον επιλεγμένο στόχο, M87 *,
τη μαύρη τρύπα στο κέντρο του τεράστιου γαλαξία Messier 87, περίπου 55 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη.
Η προσπάθεια να κοιτάξει μέσα στη σκοτεινή καρδιά ενός γαλαξία, δεκάδες εκατομμύρια έτη φωτός μακριά
μπορεί να φαίνεται σαν μια παράξενη επιλογή.
Υπάρχουν πολλές μελανές οπές πιο κοντά στη Γη.
Αλλά ο M87 * επιλέχθηκε προσεκτικά.
Είχε δύο μεγάλα πλεονεκτήματα:
Είναι μια από τις μεγαλύτερες μελανές οπές που είναι γνωστές,
δίνοντας στους αστρονόμους μια καλύτερη ευκαιρία να την δουν συγκριτικά με τις μικρότερες μελανές οπές στη γειτονιά μας.
και δεν είναι πάρα πολύ βόρεια ή νότια στον ουρανό
- ζωτικής σημασίας εάν τα τηλεσκόπια σε όλο τον κόσμο πρέπει να το παρατηρούν ταυτόχρονα.
Όταν τελείωσαν αυτές οι άγρυπνες νύχτες παρατήρησης, ξεκίνησε μια νέα φάση εργασίας.
Για να μάθουν τι είχαν δει
οι επιστήμονες έπρεπε να συνδυάσουν με προσοχή και να αναλύσουν τα δεδομένα.
Δύο υπολογιστικά κέντρα, ένα στην Ευρώπη και ένα στις ΗΠΑ,
συνδυάζοντας μια εκπληκτική ποσότητα δεδομένων
- περίπου 350 terabytes ημερησίως από κάθε τηλεσκόπιο.
Τα δεδομένα έπρεπε να συγχρονιστούν με ατομικά ρολόγια τόσο ακριβή
ώστε να χάνουν μόνο 1 δευτερόλεπτο κάθε 10 εκατομμύρια χρόνια
και στη συνέχεια μεταφέρθηκαν σε ειδικούς σκληρούς δίσκους γεμισμένους με ήλιο.
Το χέρι αυτό το πολύτιμο φορτίο μπορεί να φαίνεται σαν μια λύση χαμηλής τεχνολογίας,
αλλά οι δίσκοι περιείχαν τόσα πολλά δεδομένα που κινούμενα με το χέρι ήταν,
κατά καιρούς, η ταχύτερη μετάδοση δεδομένων στην ιστορία.
Μετά από αμέτρητες ώρες εργασίας στα δεδομένα, άρχισε να διαμορφώνεται μια εικόνα.
Αυτή η εικόνα θα έλεγε εκατοντάδες επιστήμονες εάν οι δεκαετίες της εργασίας είχαν επιτύχει το ανέφικτο,
ή ήταν όλα μάταια.
Αν και οι μελανές οπές είναι εντελώς σκοτεινές,
επηρεάζουν τη διαδρομή των φωτονίων που ταξιδεύουν στην περιοχή τους
και αφήνουν μια αδιαμφισβήτητη υπογραφή στο φως από το δίσκο προσαύξησης που περιβάλλει τη μελανή οπή
- ένας μεγάλος δίσκος ύλης που σταδιακά κινείται προς το μέρος της.
Το προσπίπτων υλικό γίνεται πολύ συγκεντρωμένο,
προκαλώντας την τριβή ώστε να θερμανθεί και να σχηματίσει ένα λαμπερό πλάσμα.
Η διαδρομή του φωτός που εκπέμπεται από αυτό το λαμπερό αέριο καθορίζεται από τη μελανή οπή:
το φως περνώντας από κοντά του κάμπτεται από την τεράστια βαρύτητα, που περιβάλλει τις άκρες,
αλλά το φως που περνά πολύ κοντά συλλαμβάνεται, χωρίς ποτέ να ξεφεύγει.
Παρατηρούμενα από τη Γη με ραδιοτηλεσκόπια,
αυτά τα αποτελέσματα εκδηλώνονται ως η σκιά μιας μελανής οπής
- μια σκοτεινή κεντρική περιοχή που σκιαγραφείται κόντρα στο φωτεινό πλάσμα.
Μετά από 2 χρόνια σκληρών υπολογισμών, η εικόνα ήταν τελικά έτοιμη ....
Παρόλο που ελήφθησαν από την εκπληκτική απόσταση των 55 εκατομμυρίων ετών φωτός,
η εικόνα αποκάλυψε μια δακτυλιοειδή δομή με μια σκοτεινή κεντρική περιοχή.
Για πρώτη φορά στην ιστορία: η σκιά μιας μελανής οπής!
Και τότε κοιτάζουμε την πρώτη μας πηγή και βλέπουμε το δαχτυλίδι.
Βλέπουμε τον ορίζοντα γεγονότων και βλέπουμε τη σκιά, αυτή τη σκοτεινή περιοχή και ξέρετε αμέσως
ότι κοιτάζουμε έναν ορίζοντα γεγονότων σε μια μελανή οπή από όλες τις πλευρές ταυτόχρονα σε αυτό το πράγμα.
Βλέπουμε σε μια περιοχή όπου ο χρόνος σταματάει.
Αυτό είναι ένα πολύ διαφορετικό μέρος του Σύμπαντος που βλέπουμε για πρώτη φορά.
Εννοώ, αυτό είναι ακριβώς που ψάχναμε αλλά μετά από οκτώ χρόνια
και όλη αυτή η μακρά διαδικασία, με λίγες εβδομάδες απεικόνισης, μας έδειξαν ακριβώς αυτό που θέλαμε.
Δεν μπορούσα να το πιστέψω.
Λοιπόν, πρέπει να πω ότι έχει τώρα μια νέα σημασία,
καθώς έχουμε εικόνες που μοιάζουν με τις προσομοιώσεις.
Υπάρχει εξαιρετική διασταύρωση μεταξύ θεωρίας και πειράματος
και υπόσχεται τεράστιες ανακαλύψεις στον ορίζοντα.
Αυτό το ιστορικό επίτευγμα είναι ένα σημαντικό ορόσημο στην εξελισσόμενη κατανόηση του Σύμπαντος,
και θέτει επίσης ένα νέο προηγούμενο για παγκόσμια συνεργασία στην επιστημονική έρευνα.
Ένα από τα πιο ενθαρρυντικά πράγματα για μένα είναι η ομάδα που έχουμε χτίσει,
και το γεγονός ότι κάνουμε κάτι που μας είπαν οι άνθρωποι ότι ήταν αδύνατο,
και όταν στο τέλος της ημέρας κάνετε κάτι που οι άνθρωποι σας λένε ότι δεν μπορείτε να το κάνετε είναι ένα απίστευτο συναίσθημα,
και νομίζω ότι όλη η ομάδα είναι πολύ περήφανη που έχουμε επιτύχει κάτι τέτοιο.
Δεν είναι μόνο για εμάς, είναι για όλους.
Καθώς επεκτείνεται το EHT
θα μας επιτρέψει να διερευνήσουμε τα βαθιά ερωτήματα που προσελκύουν τους ερευνητές προς τις μελανές οπές:
πόσο καλά κρατούν οι νόμοι της φυσικής μας κάτω από τις πιο ακραίες συνθήκες που γνωρίζουμε;
Πώς λειτουργεί η μηχανική του αερίου, της ακτινοβολίας και των σωματιδίων γύρω από μια μελανή οπή;
Ποιες θεωρίες είναι σωστές και ποιες θα καταρρεύσουν με πιο ακριβείς παρατηρήσεις;
Μόνο ο χρόνος θα μας πει ποια μυστήρια θα λύσει στη συνέχεια το EHT .
Μεταγραφη απο το ESO. Mεταφράστηκε από Maria Krikeli-