Astronomi (in vse človeštvo) imajo počitnice: predstavljena je prva slika črne luknje. Izdelan je bil s pomočjo Event Horizon Telescope (EHT), virtualnega teleskopa, ki ga sestavlja več radijskih teleskopov po vsem svetu. Slika prikazuje material okoli supermasivne črne luknje v središču galaksije, oddaljene 55 milijonov svetlobnih let. In ja, črna luknja je koncentrirana fizika, nori gravitacijski pojavi na robu možnih in nemogočih, ekstremnih razmer (več o tem, kako črne luknje delujejo, lahko preberete tukaj). Vendar je več vprašanj.
Je črno luknjo težko videti, ker je črna?
Ne. Se pravi, da. Res je: črne luknje so črne. Običajno vidimo vse vrste zvezd in vsega, saj svetloba, ki jo oddajajo, doseže naše teleskope (ali neposredno v naše oči), in to registriramo. Črne luknje so res črne. Ne oddajajo vidne svetlobe (zaradi zapletenih gravitacijskih trikov), zato jih ni mogoče videti.
Vendar to ni velik problem. Če bi imeli črno luknjo v našem osončju, bi to videli. Ukrivljenost prostora bi videli po njegovi prisotnosti in videli bi snov, ki se vrti okoli tega lijaka. Če ste videli film Interstellar, v grobem prikazuje vizualizacijo črne luknje - to je bilo storjeno s pomočjo astrofizika Kip Thornea.
Črno luknjo je težko opaziti, ker je drobna. No, ok, na primer ne tako drobna kot mravlja. Drobna je v smislu, da je človek majhen, če jo gledamo z razdalje kilometra. Najboljši izraz bi bil kotne velikosti. Če obrnete glavo v krogu, boste dobili 360-stopinjski vsestranski pogled (vendar ne pozabite obrniti telesa, sicer boste upognili vrat). Če palec držite na dosegu roke, je to približno pol stopinje kotne velikosti. Luna ima približno enako kotno velikost, tako da jo lahko pokrijete s palcem.
Kaj pa velikost črne luknje? Da, ogromno je. Oddaljen je tudi 55 milijonov svetlobnih let. To pomeni, da bo minilo 55 milijonov let, da bodo potovali tako daleč. Neverjetno daleč je. Toda kotna velikost nam resnično preprečuje. Črna luknja (vsaj njen vidni del) ima kotno velikost približno 40 mikrosekund.
Kaj je mikroarkssekunda? Kot veste, je krog razdeljen na stopinje (in že dolgo). Vsako stopinjo lahko razbijemo na 60 ločnih minut, vsako minuto pa na 60 ločnih sekund. Če arcsekundo razdelite na milijon delov, dobite mikrosekundo. Se spomnite, da je kotna velikost lune 0,5 stopinje (kot gledano z Zemlje)? To pomeni, da je kotna velikost lune 45 milijonov krat večja od velikosti črne luknje. Črna luknja je majhna glede na svojo kotno velikost.
Promocijski video:
A to še ni vse. Zaradi difrakcije ne vidimo stvari drobnih kotnih velikosti. Ko svetloba prehaja skozi odprtino (na primer skozi teleskop ali v oko), se razprši. Upogne se tako, da moti preostalo svetlobo, ki prehaja skozi luknjo. V primeru očesa to pomeni, da lahko ljudje oblikujejo predmete z kotno velikostjo približno 1 ločno minuto.
In to pomeni tudi, da je na fotografiji težko zajeti nekaj tako drobnega kot črna luknja.
Kako premagati mejo difrakcije?
Priznajmo. Stvari majhnih kotnih dimenzij je res težko videti - kako potem vidimo material okoli črne luknje? Kotna ločljivost teleskopa je res odvisna le od dveh stvari: velikosti luknje in valovne dolžine svetlobe. Uporaba krajših valovnih dolžin (kot je ultravijolično ali rentgensko sevanje) omogoča boljšo ločljivost. Toda v tem primeru teleskop uporablja valovno dolžino svetlobe v milimetrskem območju. To je precej velika valovna dolžina v primerjavi z vidno svetlobo, ki je v območju 500 nanometrov.
In to pomeni, da je edini način za preseganje difrakcijske meje večji teleskop. To je tisto, kar so storili s teleskopom Event Horizon. V bistvu gre za teleskop velikosti Zemlje. Norost, ampak res. Z zbiranjem podatkov iz več teleskopov v različnih delih sveta lahko podatke združite in jih pretvorite v podatke iz enega teleskopa GIANT. Res moraš poskusiti. Vendar tudi pri tej metodi obstajajo težave. Z le nekaj teleskopi ekipa EHT uporablja številne analitične tehnike za ustvarjanje najverjetnejše slike iz zbranih podatkov. Tako jim je uspelo "črpati" material okoli črne luknje.
Je to prava fotografija črne luknje?
Če pogledate skozi teleskop in vidite Jupiter, pravzaprav vidite Jupiter. Opomba: Če tega še niste storili, se prepričajte. To je kul. Sončna svetloba odbije Jupiterjevo površino in nato potuje s teleskopom v vaše oko. Bum. Jupiter. Pravi je.
Toda s črno luknjo so stvari nekoliko drugačne. Slika, ki jo vidite, sploh ni v vidnem območju. To je radijska slika, ustvarjena iz valovnih dolžin svetlobe. Kakšna je razlika med radijskimi valovi in navadno vidno svetlobo? Pravzaprav je razlika le v valovni dolžini.
Svetlobni in radijski valovi so elektromagnetni valovi. To je širjenje spreminjajočega se električnega polja skupaj s spreminjajočim se magnetnim poljem (hkrati). Ti valovi potujejo s svetlobno hitrostjo - ker so svetloba. Ker pa imata radio in vidna svetloba različne valovne dolžine, medsebojno vplivajo na materijo. Če doma vklopite radio, boste od najbližje radijske postaje prejeli signal. Ti radijski valovi potujejo prav skozi stene. In vidne ne minejo.
Enako velja za slike. Če imate vidno svetlobo iz predmeta, ga lahko vidite s svojim očesom in posnamete to sliko na filmu ali z digitalnim snemalnikom. To sliko lahko nato prikažemo na računalniškem zaslonu in si jo v resnici ogledamo. Tako lahko vidite sliko lune.
Kar zadeva material okoli črne luknje, to ni vidna slika. To je radijska slika. Vsak slikovni pik na sliki predstavlja določeno valovno dolžino, vendar radijski valovi. Oranžni deli so lažni barvni prikazi 1 milimetrskega vala. Enako se zgodi, kadar želimo sliko "videti" v infrardečem ali ultravijoličnem območju. Te valovne dolžine moramo pretvoriti v tisto, kar lahko vidimo.
Torej ta posnetek črne luknje ni običajna fotografija.
Ilya Khel