Datele telescopului EHT (Event Horizon Telescope) le oferă oamenilor de știință o nouă idee despre monstrul numit Calea Lactee. Datorită acestor date, avem pentru prima dată o privire mai atentă asupra găurii negre.

Un sistem de radiotelescoape care sunt situate în jurul Pământului și îl numim EHT (Event Horizon Telescope), concentrat pe câțiva giganți. Săgetător A este gaura neagră supermasivă din centrul Căii Lactee și la o gaură neagră și mai mare, aflată la 53,5 milioane de ani lumină distanță, în galaxia M87. În aprilie 2017, observatoarele au făcut echipă pentru a observa limitele găurilor negre, unde forța gravitațională este atât de puternică încât nici măcar razele de lumină nu pot părăsi aceasta. După aproape doi ani de comparare a datelor, oamenii de știință au publicat primele imagini obținute ale acestor observații. Acum, oamenii de știință speră că noile imagini ne pot spune mai multe despre găurile negre.

Cum arată cu adevărat o gaură neagră?

Găurile negre sunt cu adevărat demne de numele lor. Fiara gravitațională gigantică nu emite lumină în nicio parte a spectrului electromagnetic, așa că parcă nu ar exista de la sine. Dar astronomii știu că sunt acolo datorită unui tip de însoțitor. Pe măsură ce forța lor gravitațională pulsează prin gazul și praful stelare, în jurul lor se formează materia sub forma unui disc de acreție rotativ, cu atomii lor ciocnând unul cu altul. Această activitate emite „căldură albă” și emite raze X și alte radiații de înaltă energie. Găurile negre saturate cu cea mai mare „ura” apoi iradiază toate stelele din galaxiile înconjurătoare.

Într-o imagine de la telescopul EHT, Sagittaria A din regiunea Calea Lactee, numită și Sgr A, este prezis că va avea o umbră de gaură neagră pe discul său de acreție însoțitor de material strălucitor. Simulările pe computer și legile fizicii gravitaționale le oferă astronomilor o idee destul de bună la ce să se aștepte. Datorită forței gravitaționale mari din apropierea găurii negre, discul de acreție va fi deformat în jurul orizontului inelului și acest material va fi vizibil în spatele găurii negre. Imaginea rezultată va fi probabil asimetrică. Gravitația îndoaie lumina din partea interioară a discului către Pământ mai puternic decât partea exterioară, făcând partea inelului mai strălucitoare.

Se aplică legile relativității generale în jurul unei găuri negre?

Forma exactă a inelului poate rezolva cel mai frustrant impas din fizica teoretică. Cei doi piloni ai fizicii sunt teoria relativității generale a lui Einstein, care guvernează obiectele masive și puternice din punct de vedere gravitațional, cum ar fi găurile negre, și mecanica cuantică, care guvernează lumea ciudată a particulelor subatomice. Fiecare teorie funcționează în domeniul său propriu. Dar nu pot lucra împreună.

Fizicianul Lia Medeiros de la Universitatea din Arizona din Tucson spune:

„Relativitatea generală și fizica cuantică sunt reciproc incompatibile. Dacă relativitatea generală este aplicată în regiunea găurii negre, atunci aceasta poate însemna o descoperire pentru teoreticienii în fizică”.

Deoarece găurile negre sunt cel mai extrem mediu gravitațional din univers, ele sunt cel mai bun mediu pentru un test de stres al teoriei gravitației. Este ca și cum ai arunca teorii împotriva unui perete și te aștepți să vezi dacă și cum le distrug. Dacă teoria generală a relativității este valabilă, atunci oamenii de știință se așteaptă ca gaura neagră să aibă o umbră specifică și, prin urmare, o formă circulară, dacă teoria lui Einstein nu se aplică, atunci umbra va avea o formă diferită. Lia Medeiros și colegii săi au aplicat o simulare pe computer diferitelor umbre a 12 de găuri negre care ar putea diferi de teoriile lui Einstein.

L. Mederios spune:

„Dacă găsim ceva diferit (teorii alternative ale gravitației), va fi ca un cadou de Crăciun”.

Chiar și o mică abatere de la relativitatea generală i-ar ajuta pe astronomi să cuantifice ceea ce văd din ceea ce se așteaptă.

Sunt stelele moarte numite pulsari care înconjoară o gaură neagră din Calea Lactee?

O altă modalitate de a testa relativitatea generală în jurul găurilor negre este de a observa cum se mișcă stelele în jurul lor. Când lumina de la stele curge prin câmpul gravitațional extrem al unei găuri negre din apropiere, lumina este „întinsă” și astfel ni se pare mai roșie. Acest proces numit „deplasare gravitațională spre roșu” și a fost prezis de teoria generală a relativității. Anul trecut, astronomii l-au observat în apropierea regiunii SgrA. Până acum sunt vești bune pentru teoria lui Einstein. O modalitate și mai bună de a confirma acest fenomen este să facem același test pe pulsari, care se rotesc rapid și mătură cerul înstelat cu fascicule de radiații la intervale regulate, arătându-ne ca și cum ar pulsa.

Deplasarea gravitațională spre roșu ar perturba astfel rularea metronomică obișnuită și, prin observarea lor, ar avea un test mai precis al teoriei relativității generale.

Scott Ranson de la Observatorul Național Astronomic din Charlottesville spune:

„Pentru majoritatea oamenilor care observă regiunea SgrA, ar fi un vis să descopere un pulsar sau pulsari care orbitează în jurul unei găuri negre. Pulsarii pot oferi multe teste foarte interesante și foarte detaliate ale relativității generale.”

Cu toate acestea, în ciuda unei observări atente, niciun pulsar nu a fost încă găsit orbitând suficient de aproape de regiunea SgrA. Parțial pentru că praful și gazul galactic își împrăștie fasciculele și le face dificil de focalizat. Dar EHT oferă cea mai bună vedere de până acum în centrul undelor radio, așa că S.Ransom și colegii săi speră că s-ar putea concentra. „Este ca o expediție de pescuit, șansa de captură este foarte mică, dar merită”, adaugă S.Ransom.

Pulsarul PSR J1745-2900 (în stânga ilustrației) a fost descoperit în 2013. Orbitează exact la 150 de ani lumină depărtare în jurul găurii negre din centrul galaxiei. Cu toate acestea, este prea departe pentru ca aici să aibă loc teste precise ale teoriei generale a relativității. Însăși existența acestui pulsar le dă astronomilor speranța că, folosind EHT, vor descoperi alți pulsari și mai apropiați mai aproape de gaura neagră.

Cum produc găurile negre jeturi?

Unele găuri negre sunt mâncători vorace și aspiră cantități masive de gaz și praf, în timp ce altele sunt mâncători pretențioși. Nimeni nu știe de ce. SgrA pare a fi un mâncător agitat, cu un disc surprinzător de întunecat, în ciuda unei mase egale cu 4 milioane de mase solare. O altă țintă vizată de EHT, gaura neagră din galaxia M87 este un mâncător vorac. Cântărește între 3,5 și 7,22 miliarde de sori. Și că, pe lângă uriașul disc de acumulare acumulat în vecinătatea sa, elimină și un flux de particule subatomice încărcate la o distanță de 5 de ani lumină.

Institutul Thomas Krichbaum pentru Radio Astronomie din Bonn spune:

„Este oarecum o contradicție să crezi că o gaură neagră expulzează orice”.

Oamenii cred de obicei că o gaură neagră doar absoarbe. Multe găuri negre produc jeturi care sunt mai lungi și mai largi decât galaxii întregi și pot ajunge la miliarde de ani lumină de la gaura neagră.

O întrebare firească este ce fel de sursă puternică de energie poate fi care emite jeturi la distanțe atât de mari. Datorită EHT, putem urmări în sfârșit aceste evenimente pentru prima dată. Putem astfel estima puterea câmpului magnetic al găurii negre în galaxia M87 prin măsurarea EHT, deoarece acestea sunt legate de forțele jetului. Măsurând proprietățile jeturilor atunci când sunt în apropierea unei găuri negre, ajută la determinarea de unde provine jetul - din interiorul discului său, sau dintr-o altă parte a discului sau din gaura neagră în sine.

Aceste observații pot clarifica, de asemenea, dacă jeturile provin din gaura neagră sau din material care curge rapid în disc. Deoarece jeturile pot transporta material din centrul galactic în regiunea intergalactică, atunci acest lucru ar putea explica efectul asupra evoluției și creșterii galaxiilor. Și chiar și acolo unde se nasc planetele și stelele.

T. Krichbaum spune:

„Este important să înțelegem evoluția galaxiilor de la formarea timpurie a găurilor negre până la nașterea stelelor și, în cele din urmă, până la nașterea vieții. Aceasta este o poveste foarte mare și, studiind jeturile de găuri negre, adăugăm doar piese mici la marele puzzle al vieții.”

Nota editorului: Această poveste a fost actualizată la 1 aprilie 2019 pentru a specifica masa găurii negre M 87: masa galaxiei este de 2,4 trilioane de ori mai mare decât a Soarelui. Numai o gaură neagră are o masă de câteva miliarde de sori. Addendum, simularea găurii negre este un exemplu de confirmare a teoriei relativității generale a lui Einstein, nu de infirmare.