Astronomer orkestrerade radiodisk-teleskop över hela världen till en virtuell jordkamera i jordstorlek för ett djärvt nytt experiment som försöker leverera den första någonsin bilden av ett svart hål. Teleskopsamarbetet är inställt på göra ett stort tillkännagivande av resultat den här veckan, och medlemmarna beskrev också sin forskningstrategi vid ett föredrag i mars.
Svarta hål är extrema varp i rymdtiden som är så starka, deras massiva tyngdkraft låter inte ens ljus fly när det kommer tillräckligt nära.
Astronomernas idé är att fotografera den cirkulära ogenomskinliga silhuetten av ett svart hål gjutna på en ljus bakgrund. Skuggkanten är händelseshorisonten, ett svart hål utan återvändande. En bild är värd tusen ord, och ett fotografi av ett svart hål skulle vara ett viktigt verktyg för att förstå astrofysik, kosmologi och svarta hålens roll i universum.
Om en astronaut lägger en apelsin på månens yta, skulle citrusfrukten vara mycket svår att se från jorden. Svarta hål är lika svåra att upptäcka, säger Sheperd Doeleman, projektledaren för ett ambitiöst nytt projekt som kallas Event Horizon Telescope.
Doeleman delade denna anekdot med en publik på en panel på South by Southwest (SXSW) -festivalen i Austin, Texas, förra månaden. Doeleman och kollegor Sera Markoff, Peter Galison och Dimitrios Psaltis upplyste hur projektet fungerar under SXSW-evenemanget, "EHT: Ett planetärt försök att fotografera ett svart hål."
Svarta hål är massiva strukturer jämfört med planeter och människor. Men vad som verkar stort för oss är, i galaktisk skala, lite små. Så att det är komplicerat att fotografera ett svart hols händelseshorisont.
"Ett av EHT-målen är cirka 10 procent av storleken på vårt solsystem," sade Sera Markoff, en astrofysiker från University of Amsterdam, under panelen. Det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergatan, kallas Skytten A *, är ungefär storleken på Mercury-bana, tillade Doeleman.
Om ett rymdskepp kunde leda astronomer ut från Vintergatan, som är cirka 50 miljarder gånger större än Skytten A *, enligt Markoff, skulle det att vara svårt att upptäcka detta svarta hål bland miljarder andra stjärnor och planeter i galaxen.
För att observera det supermassiva svarta hålet i mitten av Vintergalaxen, eller för att se ett annat av projektets mål - det supermassiva svarta hålet i kärnan i den supergantiska elliptiska galaxen Messier 87 - var EHT-teamet tvunget att förvandla jorden till ett virtuellt teleskop plattform. Det beror på att kraften hos ett teleskop för att lösa bilder är begränsad till storleken på dess skål, och genom att använda en mängd instrument över hela världen bryter teamet effektivt upp skålen och sprider bitarna globalt för att göra ett stort utrymmeöga.
Radioteleskopobservatorierna som deltog i EHT: s observationer 2017 var ALMA (Atacama Large Millimeter / submillimeter Array i Chile; APEX (Atacama Pathfinder Experiment) i Chile; IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) i Spanien; LMT (Large Millimeter Telescope) i Mexiko; SMT (Submillimeter Telescope) i Arizona, JCMT (James Clerk Maxwell Telescope) på Hawaii, SMA (SubMillimeter Array) på Hawaii, och SPT (South Pole Telescope) i Antarktis.
Koordinerade observationer gjordes också i röntgen- och gammastrålebandet.
Skytten A * är vilande, vilket innebär att den inte aktivt konsumerar många närliggande stjärnor och gas och släpper strålning. Ett aktivt svart hål lurar inuti Messier 87. För att se det supermassiva svarta hålet i grannskapet och det som skurar längre bort, måste teleskopet observera "hela det elektromagnetiska spektrumområdet, från radioen upp till gammastrålarna," sade Markoff.
Var Einstein 100% rätt?
I projektets kärna vill dess 200 forskare svara på två frågor, enligt Psaltis, en astronom och fysiker vid University of Arizona. Den första är helt enkelt om det är möjligt att fotografera ett svart hål. Men den andra viktiga saken de frågar är om Einstein hade 100 procent rätt när det gäller svarta hål.
"Einstein berättade för 100 år sedan exakt vad storleken och formen på den [svarta hålets] skugga ska vara. Om vi kunde lägga en linjal över den skuggan skulle vi kunna testa Einsteins teori om svarthålets gräns," Sa Doeleman.
Teamet ville också bygga modeller som skulle beskriva svarta hål under olika omständigheter, som sedan kommer att jämföras med EHT-observationer.
I det arbete som beskrivs vid SXSW använde teamet grafikbearbetningsenheter (GPU), liksom de som användes i dina favoritvideospelkonsoler eller din dator, för att modellera alla hypotetiska variationer i en svart hålmiljö. De producerade hundratals gigabyte 3D-volymdata för att modellera möjligheterna. Psaltis sade att fotoner, plasma, gas och magnetfält beskrivs alla i ett svarthåls prognos.
När de väl har fått en, kan teamet jämföra en bild av ett svart hols skugga med de olika scenarierna som bearbetas av GPU: erna för att göra den mest realistiska simuleringen av hur ett svart hål beter sig, baserat på vår nuvarande förståelse av fysik.
"Det svarta hålbilden kan göra för oss, om vi kan få det, skulle vara att ta något som är det mest extrema, den konstigaste förutsägelsen av allmän relativitet, en av de mänskliga sinnets stora prestationer, [och] kombinera det med den mest avancerade elektroniken med ett planetariskt samarbete med den mest avancerade statistiken [och] nya bildteknikerna, ”sa Galison, en professor vid Harvard University, under panelen. "Det är som att skapa en ny kamera med en ny typ av film, en ny typ av lins, kombinera den med andra kameror, på en gång, och om det skulle kunna hända, om vi faktiskt kunde komma in och se precis upp till horisonten ".
Galison tillade att den första bilden av ett svart hål skulle bevisa, utöver en skugga av tvivel - ordalydd - att dessa gigantiska, mäktiga och svårfångade strukturer existerar.
- Mystisk "ko" -sprängning i rymden kan avslöja födelsen av ett svart hål
- Den här Trippy-simuleringen visar hur monster svarta hål lyser innan de kolliderar
- Sällan sett medelvikt Black Hole Gobbles Star
