В 1919 году знаменитая экспедиция Эддингтона решила посмотреть, сможет ли гравитация изогнуть свет
- главный тест общей теории относительности Эйнштейна.
Посмотрев полное солнечное затмение, они показали, что Солнце изменило путь звездного света, как и предсказывалось.
- делая Эйнштейна и его теорию всемирно известной.
Теперь, спустя целое столетие, ученые снова
в еще более отдаленные места, разбросанные по четырем континентам.
Они еще раз расширят границы астрономических знаний,
проверяя ту же теорию так, как Эйнштейн никогда не мог представить.
Их цель: сфотографировать черную дыру, нечто настолько амбициозное, что казалось невозможным ...
до сих пор!
История черных дыр начинается как загадка.
В 1915 году Карл Шварцшильд заметил, что тогдашняя новая общая теория относительности Эйнштейна
предсказал существование странных объектов, известных как «особенности».
Это были места, где его новые уравнения, описывающие гравитацию, казались бесполезными.
Внутри было странное место, где время остановилось, а пространство стало бесконечным ...
В то время многие ученые, в том числе Эйнштейн,
посчитал их слишком странными, чтобы их стоило серьезно исследовать.
С тех пор прошло более ста лет
накопилось доказательств того, что в нашей Вселенной существуют особенности ...
... как черные дыры.
Черная дыра - самый загадочный объект во Вселенной.
Это где материя находится в таком маленьком пространстве и так плотно
что сила тяжести препятствует выходу даже света.
Теперь это дверь с односторонним движением из нашей Вселенной.
Мы знаем, что они сидят в сердцах галактик
и они управляют тем, как растут эти галактики и как эти галактики умирают, они поглощают газ и звезды.
Они также эти невероятно загадочные и загадочные объекты
которые живут на границе между нашими двумя великими теориями физики:
общая теория относительности, которая описывает гравитацию,
и квантовая механика, которая описывает самые маленькие вещи в мире.
Если вы хотите сделать проверку фундаментальных теорий Вселенной
Вы хотите пойти в самые экстремальные лаборатории во Вселенной,
и черная дыра это.
Но наблюдение за этой самой экстремальной лабораторией требует экстремального инструмента.
Огромная гравитация черных дыр является препятствием для их непосредственного просмотра.
Ни один свет не может уйти от них, и они крошечные -
дробление огромного количества вещества в маленькие точки тьмы.
Даже несмотря на то, что существование этих странных объектов стало более широко распространенным,
увидеть их напрямую оставалось несбыточной мечтой.
На самом деле, чтобы добиться необходимого разрешения, чтобы видеть черные дыры напрямую,
один телескоп должен быть размером с планету Земля
- явно слишком большой, чтобы быть осуществимым.
Вместо этого астрономы потратили десятилетия на изучение эффектов, которые черные дыры оказывают на окружающую среду.
Но мечта получить более конкретные доказательства этих экзотических объектов
было слишком заманчиво, чтобы быть просто забытым.
Мы все понимаем с математической точки зрения, что черные дыры существуют,
но на самом деле увидеть что-то очень интуитивный опыт
и я считаю важным для науки, а также для нас, чтобы в это поверить.
В конце 1960-х новая техника изменила астрономию.
Названная очень длинной базовой интерферометрией, она позволила нескольким телескопам наблюдать за командой
- создание большего, «виртуального» телескопа, который мог бы преодолеть ограничения на размер телескопа.
По мере распространения этого метода стало ясно, что прямое изображение черной дыры вполне реально.
В 2009 году появился проект телескопа Event Horizon, EHT.
- преследовать эту захватывающую цель.
Сотрудничество Event Horizon Telescope - это сотрудничество ученых всего мира
из разных стран, континентов и учреждений
чтобы сделать телескоп размером с Землю, давая нам самое высокое разрешение, которое есть
это в настоящее время достижимо с помощью телескопов любого вида.
С самого начала было ясно, что ЕНТ столкнется с уникальными препятствиями.
Но «видеть - значит верить», и команда впервые посвятила себя раскрытию черной дыры.
Чтобы создать его, восемь телескопов по всему миру были связаны между собой.
ESO играет ключевую роль в двух из этих телескопов, расположенных на плато Чайнантор в Чили:
большой миллиметровый / субмиллиметровый массив Atacama - ALMA -
и эксперимент Atacama Pathfinder, известный как APEX.
Другими телескопами, которые составляют EHT, являются 30-метровый телескоп IRAM в Испании,
Большой миллиметровый телескоп в Мексике,
Субмиллиметровый телескоп в Аризоне,
телескоп Джеймса Клерка Максвелла
и субмиллиметровый массив, оба на Гавайях,
и, наконец, телескоп Южного полюса в Антарктиде.
Вместе они могут достичь разрешения, эквивалентного чтению газеты в Париже, сидя в Нью-Йорке.
Огромные проблемы проекта вскоре стали ясны.
Телескопы, все сами по себе высокоразвитые инструменты, не были созданы для совместной работы.
Чтобы заставить их работать вместе, поскольку один взаимосвязанный интерферометр требовал огромной команды.
Это инженеры, наблюдатели, теоретики, и все они работают вместе,
не только изобразить горизонт событий черной дыры, но и понять, что мы видим.
Проект собрал более 200 ученых из более чем 100 учреждений,
все они должны были играть на слух, когда строили эту совершенно новую организацию.
Координация такой большой команды по всему миру была лишь одной из многих важных задач.
С проектом, который устанавливает новые критерии для человеческой изобретательности, есть много возможностей, чтобы что-то пошло не так.
И один за другим они ...
Отказы оборудования ... Отказы питания ... Недостаточно жестких дисков для хранения данных ...
Верьте или нет, в какой-то момент, некоторые из ученых даже держали под дулом пистолета во время своих наблюдений ...
Вскоре проект оказался в тяжелом положении ...
Расположение телескопа также представляет огромные практические проблемы.
Окружающая среда, которая лучше всего подходит для наблюдения за ночным небом, часто является наиболее трудным местом для строительства обсерваторий.
Телескопы EHT не являются исключением.
Их удаленные сайты разбросаны по четырем континентам,
в том числе обсерватории в бесплодной чилийской пустыне Атакама,
на морозном плато в Антарктиде
и на вершине спящего вулкана на Гавайях.
Все эти телескопы расположены далеко от цивилизации,
где огни города не загрязняют ночное небо.
Но для астрономов, которые отважились на телескопы, чтобы взять данные,
изоляция была наименьшим из их проблем.
Очень сухие места на больших высотах идеально подходят для наблюдений,
так как они избегают водяного пара в атмосфере, мешающего свету астрономических объектов.
ALMA и APEX расположены на плато Чайнантор,
на высоте 5000 метров в бесплодной чилийской пустыне Атакама,
место настолько негостеприимное, что оно служит испытательным полигоном для марсоходов.
Люди, работающие здесь, должны были использовать кислородные баллоны, так как воздух слишком тонкий, чтобы дышать.
Опасности высотной болезни также разделили наблюдатели на телескопе Джеймса Клерка Максвелла
и Субмиллиметровый массив, расположенный около вершины спящего вулкана Мауна-Кеа.
В этом открытом месте высоко над уровнем моря,
Астрономы подверглись риску серьезного обезвоживания и солнечного удара.
На противоположной крайности температурной шкалы,
наблюдатели на Южном полюсе телескопа в Антарктиде
пришлось терпеть минусовые температуры в течение длительных периодов времени.
Здесь были уникальные проблемы;
зимой солнце никогда не поднимается над горизонтом,
создавая одну ночь, которая длится в течение нескольких месяцев.
Замечательно для телескопов, но это наносит психологический урон людям.
Бессонные ночи проводились, работая в этих враждебных регионах.
После почти десяти лет подготовки EHT был наконец готов
использовать все восемь телескопов как один инструмент.
5 апреля 2017 г. EHT впервые был нацелен на выбранную цель, M87 *,
черная дыра в центре огромной галактики Мессье 87, на расстоянии около 55 миллионов световых лет от Земли.
Попытка заглянуть в темное сердце галактики за десятки миллионов световых лет
может показаться странным выбором.
Есть много черных дыр ближе к дому.
Но M87 * был тщательно отобран.
У него было два больших преимущества:
Это одна из самых больших известных черных дыр,
дать астрономам больше шансов увидеть его, чем маленькие черные дыры в нашем районе;
и не слишком далеко на север или юг в небе
- критически важно, если телескопы всего мира должны наблюдать это одновременно.
Когда эти бессонные ночи наблюдения закончились, начался новый этап работы.
Чтобы узнать, что они видели
ученым пришлось тщательно комбинировать и анализировать данные.
Два вычислительных центра, один в Европе и один в США,
объединило ошеломляющее количество данных
- около 350 терабайт в день с каждого телескопа.
Данные должны были быть синхронизированы атомными часами, чтобы быть точными
что они теряют всего 1 секунду каждые 10 миллионов лет
и затем транспортируется на специализированных жестких дисках с гелиевым наполнением.
Ручная транспортировка этого драгоценного груза может показаться малотехнологичным решением,
но накопители содержали так много данных, что их перемещение вручную
временами самая быстрая передача данных в истории.
После бесчисленных часов работы над данными изображение стало обретать форму.
Это изображение скажет сотням ученых, достигли ли десятилетия работы недостижимого,
или было напрасно.
Хотя сами черные дыры совершенно темные,
они влияют на путь фотонов, путешествующих в их окрестностях
и оставить безошибочную подпись на свете от аккреционного диска, окружающего черную дыру
- большой диск материи постепенно приближается к своему хозяину.
Падающая материя становится очень концентрированной,
вызывая трение, чтобы нагреть это, чтобы сформировать пылающую плазму.
Путь света, излучаемого этим светящимся газом, определяется черной дырой:
свет, проходящий рядом с ним, искривляется огромной гравитацией, огибая края,
но свет, проходящий слишком близко, захватывается, чтобы никогда не убежать.
Если смотреть с Земли с помощью радиотелескопов,
эти эффекты проявляются как тень черной дыры
- темная центральная область, вырисовывающаяся на фоне светящейся плазмы.
После 2 лет кропотливых расчетов изображение наконец было готово…
Хотя взяты с ошеломляющего расстояния в 55 миллионов световых лет,
изображение показало кольцеобразную структуру с темной центральной областью.
Впервые в истории: тень черной дыры!
А затем мы смотрим на наш первый источник, и мы видим это кольцо.
Мы видим горизонт событий и видим эту тень, эту темную область, и вы сразу узнаете
в этой штуке мы смотрим на горизонт событий на черную дыру сразу со всех сторон.
Мы видим в регионе, где время останавливается.
Это совсем другая часть Вселенной, которую мы видим впервые.
Я имею в виду, что это именно то, что мы искали, но через восемь лет
и весь этот долгий процесс, несколько недель съемки, и они показали нам именно то, что мы хотели.
Я не мог в это поверить.
Ну, я должен сказать, что теперь это приобретает новое значение,
как у нас на самом деле есть изображения, которые выглядят как симуляции.
Существует необычайное слияние теории и эксперимента
и это обещает огромные прорывы на горизонте.
Это историческое достижение является важной вехой в нашем развивающемся понимании Вселенной,
а также создает новый прецедент для глобального сотрудничества в области научных исследований.
Одна из самых вдохновляющих вещей для меня - это команда, которую мы создали,
и тот факт, что мы делаем то, что нам сказали люди, был невозможен,
и когда вы, в конце концов, делаете то, что люди не могут сделать, это невероятное чувство,
и я думаю, что вся команда очень гордится тем, что мы достигли чего-то подобного.
Это не только для нас, это для всех.
Как EHT расширяется
это позволит нам исследовать глубокие вопросы, которые привлекают исследователей к черным дырам:
Насколько хорошо наши законы физики выдерживают самые экстремальные условия, которые мы знаем?
Как работает механика газа, излучения и частиц вокруг черной дыры?
Какие теории верны, а какие сорвутся с более точными наблюдениями?
Только время покажет, какие тайны будет раскрывать EHT дальше.
Переписано ESO; переведено -