În 1919 faimoasa expediție Eddington s-a aventurat pentru a vedea dacă gravitația poate curba lumina
— un test important al teoriei relativității generale a lui Einstein.
Prin observarea unei eclipse solare totale, au demonstrat că Soarele chiar a schimbat traseul luminii, exact cum a fost prezis
— făcându-l pe Einstein și pe teoria sa faimos în întreaga lume.
Acum, un secol mai târziu, oamenii de știință au pornit din nou,
către locuri și mai izolate, răspândite pe patru continente.
Vor împinge din nou limitele științei astronomice,
testând aceeași teorie într-un fel pe care Einstein nu și l-ar fi putut imagina vreodată.
Scopul: să facă o poză unei găuri negre, ceva atât de ambițios, încât părea imposibil...
până acum!
Povestea găurilor negre începe printr-un mister.
În 1915, Karl Schwarzschild a observat că noua teorie generalizată a relativității a lui Einstein
prezicea existența unor obiecte stranii cunoscute drept ”singularități”.
Erau locuri unde noile sale ecuații ce descriau gravitația păreau să scape de sub control.
În interiorul lor era un spațiu bizar în care timpul se oprea și spațiul devenea infinit...
Pe vremea aceea, mulți cercetători, inclusiv Einstein,
le considerau prea ciudate pentru a merita studiu aprofundat.
Dar în suta de ani de atunci,
s-au adunat dovezi că există într-adevăr singularități în Universul nostru...
...sub forma de găuri negre.
O gaură neagră este cel mai misterios obiect din Univers.
Este locul în care materia se află într-un spațiu atât de mic și este atât de densă,
încât forța gravitației nu permite nici măcar luminii să scape.
Este precum o poartă cu sens unic din Universul nostru.
Știm că se află în miezul galaxiilor
și că acționează asupra formării și pieririi galaxiilor, că înghit gaz și stele întregi.
Sunt de asemenea niște obiecte incredibil de enigmatice și misterioase
situate la granița dintre două mari teorii ale fizicii:
relativitatea generală, ce descrie gravitația,
și mecanica cuantică, care descrie cele mai mici lucruri din lume.
Dacă vrei sa faci un test ale teoriilor fundamentale ale Universului
trebuie sa mergi la cele mai extreme laboratoare din Univers,
și o gaură neagră se potrivește descrierii.
Dar observarea acestui laborator suprem necesită un instrument suprem.
Imensa forță gravitațională a găurilor negre este un obstacol pentru observarea directă a lor.
Lumina nu poate scăpa din ele și sunt minuscule —
zdrobind cantități enorme de materie în puncte mici de întunecime.
Chiar și pe măsură ce existența acestor obiecte extrem de stranii a fost acceptată mai larg,
observarea directă a lor a rămas un vis imposibil.
De fapt, pentru a atinge rezoluția necesară pentru a observa direct găuri negre,
un singur telescop ar fi trebuit să aibă mărimea planetei Pământ
— în mod evident prea mare pentru a fi fezabil.
În schimb, astronomii au petrecut decenii studiind efectele găurilor negre asupra materiei din jurul lor.
Dar visul obținerii unei dovezi concrete a acestor obiecte exotice
a fost prea tentant pentru a-l uita pur și simplu.
Înțelegem cu toții că, din punct de vedere matematic, găurile negre există,
dar chiar să vezi ceva e o experiență uluitoare
și cred că e important pentru știință și de asemenea pentru noi să credem în asta.
La finalul anilor '60, o nouă metodă a schimbat astronomia.
Numită rețea interferometrică cu lungimi foarte mari (VLBI), a permis mai multor telescoape să observe în echipă
— formând un telescop "virtual" mai mare, care ar depăși limitările de dimensiune ale telescopului.
Pe măsură ce această metodă s-a răspândit, a devenit clar că observarea directă a unei găuri negre a devenit o posibilitate tangibilă.
În 2009 s-a născut Telescopul Orizontului Găurilor Negre, sau EHT
— pentru a urmări acest obiectiv interesant.
Telescopul Orizontului Găurilor Negre este o colaborare de cercetători din toată lumea
din multe țări, continente și instituții diferite
pentru a realiza un telescop de mărimea Pământului, oferindu-ne cea mai înaltă rezoluție
care este posibilă în acest moment cu telescoape de orice fel.
Era clar de la început că EHT s-ar confrunta cu obstacole inedite.
Dar "să vezi înseamnă să crezi", și echipa s-a dedicat scopului de a dezvălui în premieră o gaură neagră.
Pentru a-l crea, au fost conectate opt telescoape de pe glob.
ESO joacă un rol esențial în două dintre aceste telescoape, ambele situate pe platoul Chajnantor din Chile:
Rețeaua Mare de Radiotelescoape în spectrul Milimetric/submilimetric din Atacama — ALMA —
și Experimentul Pathfinder din Atacama, cunoscut și drept APEX.
Celelalte telescoape care formează EHT sunt telescopul de 30 de metri IRAM din Spania,
Telescopul Milimetric Mare (GTM) din Mexic,
Telescopul Sub-milimetric (SMT) din Arizona,
Telescopul James Clerk Maxwell (JCMT),
și Rețeaua Sub-milimetrică, ambele din Hawai’i (SMA),
și în final Telescopul Polului Sud (SPT) din Antarctica.
Împreună, pot obține o rezoluție echivalentă cu citirea unui ziar din Paris în timp ce stai în New York.
Provocările imense ale proiectului au devenit în curând clare.
Telescoapele, toate instrumente foarte avansate în sinea lor, nu erau construite să funcționeze în tandem.
Integrarea lor într-un singur interferometru interconectat a necesitat o echipă imensă.
Aceștia sunt ingineri, observatori, teoreticieni, și cu toții colaborează,
nu doar pentru a fotografia orizontul găurii negre, dar și pentru a înțelege ceea ce vedem.
Proiectul a adunat peste 200 de cercetători din peste 100 de instituții,
fiecare trebuind să improvizeze pe măsură ce formau această nouă organizație.
Coordonarea unei echipe atât de mari de pe tot globul a fost doar una din multele provocări semnificative.
Cu un proiect care definește noi baremuri ale ingeniozității umane, este loc destul pentru ca lucrurile să meargă prost.
Și, unul după altul, au fost rateuri...
Defecțiuni de echipament... Pene de curent... Insuficiente discuri pentru a stoca date...
Credeți sau nu, la un moment dat, unii dintre cercetători au fost în ținta armelor în timpul observațiilor...
Nu după mult timp, proiectul a fost la ananghie...
Poziția telescopului a generat provocări practice enorme.
Mediile optime pentru observarea cerului nocturn sunt deseori cele mai dificile locuri pentru a construi observatoare.
Telescoapele ce formează EHT nu sunt o excepție de la această regulă.
Pozițiile lor izolate sunt împrăștiate pe patru continente,
inclusiv observatoarele din deșertul arid Atacama din statul Chile,
pe un platou înghețat din Antarctica
și pe vârful unui vulcan adormit din Hawai’i.
Toate aceste telescoape sunt amplasate departe de civilizație,
unde lumina orașelor nu poluează cerul nopții.
Dar, pentru astronomii care s-au aventurat la telescoape să preia datele,
izolarea a fost cea mai mică problemă.
Locuri foarte uscate la altitudini înalte sunt ideale pentru observații,
deoarece se evită influența vaporilor de apă din atmosferă asupra luminii de la obiectele astronomice.
ALMA și APEX sunt poziționate pe Platoul Chajnantor,
la o altitudine de 5000 de metri în deșertul arid Atacama din statul Chile,
un loc atât de inospitalier, încât servește drept teren de testare pentru roverele marțiene.
Oamenii care lucrează aici trebuie să folosească butelii de oxigen, deoarece aerul este prea rarefiat pentru a fi respirat.
Pericolele hipoxiei de altitudine au fost împărtășite și de observatorii de la Telescopul James Clerk Maxwell (JCMT)
și de Rețeaua Sub-milimetrică (SMA) de lângă vârful vulcanului adormit Mauna Kea.
În acest loc expus, la altitudine înaltă deasupra nivelului mării,
astronomii au fost supuși riscului de deshidratare severă și insolație.
La cealaltă extremă a plajei de temperaturi,
observatorii de la Telescopul Polului Sud (SPT) din Antarctica
au trebuit să îndure temperaturi negative pentru perioade lungi de timp.
Aici au fost provocări aparte;
iarna, Soarele nu răsare deloc deasupra orizontului,
ducând la o noapte continuă timp de luni de zile.
Este minunat pentru telescoape, dar are un impact asupra psihicului uman.
S-au făcut nopți albe lucrând în aceste regiuni ostile.
După mai mult de un deceniu de pregătiri, EHT a fost în sfârșit
gata să folosească toate cele opt telescoape drept un singur instrument.
Pe 5 aprilie 2017, EHT a fost îndreptat pentru prima oară către ținta aleasă, M87*,
gaura neagră din centrul enormei galaxii Messier 87, la aproximativ 55 de milioane de ani lumină de Pământ.
Încercarea de a examina inima întunecată a unei galaxii situate la milioane de ani-lumină depărtare
poate părea o alegere bizară.
Sunt multe alte găuri negre mai apropiate de noi.
Dar M87* a fost aleasă cu grijă.
A avut două mari avantaje:
Este una dintre cele mai mari găuri negre cunoscute,
dând astronomilor o șansă mai bună de a o observa față de găurile negre din împrejurimi;
și nu era prea la nord sau la sud pe cer
— fapt decisiv dacă telescoapele de pe tot globul trebuie să o observe în același timp.
Atunci când acele nopți albe de observații s-au încheiat, o nouă fază de lucru a început.
Pentru a determina ce au observat,
cercetătorii au trebuit sa combine și să analizeze minuțios datele.
Două centre de calcul, unul în Europa și altul în SUA,
au combinat cantități uluitoare de date
— în jur de 350 de teraocteți pe zi de la fiecare telescop.
Datele au trebuit să fie sincronizate cu ceasuri atomice atât de precise,
încât pierd doar o secundă la fiecare 10 milioane de ani
și apoi transportate pe hard disk-uri specializate, umplute cu heliu.
Transportul de mână al acestei încărcături prețioase poate părea o abordare rudimentară,
dar aceste medii de stocare conțineau atât de multe date, încât mutarea lor manuală
a fost uneori cea mai rapidă transmisie de date din istorie.
După nenumărate ore de lucru pe date, o imagine a început să se contureze.
Această imagine ar indica sutelor de cercetători dacă în deceniile de muncă au obținut imposibilul,
sau dacă totul a fost în zadar.
Cu toate că găurile negre sunt în sine complet întunecate,
acestea influențează traiectoria fotonilor ce trec prin vecinătatea lor
și lasă o semnătură clară pe lumina de la discul de acreție ce înconjoară gaura neagră
— un disc mare de materie ce cade în spirală treptat spre gazda sa.
Materia în cădere devine foarte concentrată,
încălzindu-se prin frecare pentru a forma plasmă strălucitoare.
Traiectoria luminii emise de acest gaz incandescent este determinat de gaura neagră:
lumina ce trece prin apropiere este curbată de către gravitația enormă, încercuind marginile,
dar lumina care trece prea aproape este capturată, fără să mai poată scăpa vreodată.
Văzută de pe Pământ cu radio-telescoape,
aceste efecte se manifestă drept umbra unei găuri negre
silueta unei regiuni centrale pe un fundal de plasmă incandescentă.
După 2 ani de calcule minuțioase, imaginea a fost în sfârșit gata...
Deși a fost făcută de la distanța uluitoare de 55 de milioane de ani-lumină,
imaginea a dezvăluit o structură inelară cu o zonă centrală întunecată.
Pentru prima oară în istorie: umbra unei găuri negre!
Și apoi ne uităm la prima noastră sursă și vedem acel inel.
Vedem orizontul găurii negre și vedem umbra aceea, regiunea aceea întunecată și știm imediat
ne uităm la un orizont al găurii negre, la o gaură neagră de pe toate părțile deodată, în acest fel.
Vedem o regiune în care timpul se oprește.
Este o parte foarte diferită a Universului pe care o vedem pentru prima dată.
Vreau să spun că este exact ceea ce căutam, dar după opt ani
și după toată această procedură îndelungată, câteva săptămâni de observații ne-au redat exact ceea ce vroiam.
Nu mi-a venit să cred.
Ei bine, trebuie să spun că a ajuns la un alt nivel acum,
deoarece avem imagini efective care se potrivesc cu simulările.
Este o suprapunere extraordinară dintre teorie și experiment
și anticipează descoperiri formidabile la orizont.
Această realizare istorică este o etapă importantă în dezvoltarea înțelegerii noastre a Universului,
și stabilește un precedent pentru colaborare globală în studiul științific.
Unul dintre cele mai încurajatoare lucruri pentru mine este echipa pe care am format-o,
și faptul că facem ceva ce oamenii ne-au spus că era imposibil,
și când faci în final ceva ce oamenii spun ca nu poți face e o senzație incredibilă,
și cred că întreaga echipă este foarte foarte mândră că am realizat așa ceva.
Nu e doar pentru noi, este pentru toată lumea.
Pe măsură ce EHT se dezvoltă
ne va permite să abordăm întrebări profunde ce atrag cercetători la găurile negre:
cât de bine țin legile noastre ale fizicii la cele mai extreme condiții cunoscute?
Cum funcționează mecanica gazelor, radiației și a particulelor din jurul găurilor negre?
Care teorii sunt corecte, și care se vor prăbuși în urma observațiilor mai precise?
Doar timpul ne va spune ce mistere va mai dezvălui EHT.
Transcrierea de ESO Traducerea de Mihail-Gabriel Bărbuță