Site Overlay

Majoritatea imaginilor cu găuri negre sunt ilustrații. Iată ce surprind de fapt telescoapele noastre.

Update: În aprilie 2019, oamenii de știință au publicat prima imagine de până acum a unei găuri negre. O puteți vedea aici și puteți afla mai multe despre cum a fost realizată această imagine istorică.

Imposibil de dense, adânci și puternice, găurile negre dezvăluie limitele fizicii. Nimic nu poate scăpa de una, nici măcar lumina.

Chiar dacă găurile negre excită imaginația ca puține alte concepte din știință, adevărul este că niciun astronom nu a văzut de fapt una. Le-am „auzit”, ca să spunem așa, deoarece oamenii de știință au înregistrat undele gravitaționale (ondulații literale în spațiu-timp) emanate de găurile negre care s-au ciocnit între ele cu miliarde de ani în urmă.

Dar orice fotografie pe care ați văzut-o cu o masă întunecată deformând spațiu-timpul… ei bine, este doar o ilustrație. Ca aceasta:

NASA/Goddard

Acest lucru s-ar putea schimba în curând. Pe 10 aprilie, o colaborare numită Event Horizon Telescope va anunța rezultatele unui efort de a capta o imagine a găurii negre supermasive din centrul galaxiei noastre. National Science Foundation descrie rezultatele ca fiind „revoluționare”. Iar dacă se va produce o imagine, aceasta va fi o realizare remarcabilă. Pentru că oricât de masive ar fi găurile negre, ele sunt de fapt incredibil de greu de văzut de aproape.

De ce niciun astronom nu a văzut vreodată o gaură neagră cu un telescop

Găurile negre se nasc atunci când stelele masive se prăbușesc în ele însele și creează o regiune de gravitație atât de intensă încât nici măcar lumina nu poate scăpa din strânsoarea ei. Astronomii speculează, de asemenea, că unele găuri negre s-ar fi format în universul haotic timpuriu, după Big Bang.

Cea mai mare problemă în încercarea de a vedea o gaură neagră este că până și cele supermasive (cu mase de milioane de ori mai grele decât soarele nostru) sunt relativ mici.

„Cea mai mare de pe cer este gaura neagră din centrul Căii Lactee”, a explicat Dimitrios Psaltis, astrofizician la Universitatea din Arizona, într-un e-mail. „Iar realizarea unei fotografii a acesteia ar fi echivalentă cu realizarea unei fotografii a unui DVD pe suprafața Lunii.”

În plus, din cauza gravitației lor puternice, găurile negre tind să fie înconjurate de altă materie strălucitoare care face dificilă observarea obiectului în sine.

De aceea, atunci când vânează găuri negre, astronomii nu încearcă, de obicei, observarea directă. În schimb, ei caută dovezi ale efectelor gravitației și radiației unei găuri negre.

„De obicei, măsurăm orbitele stelelor și ale gazului care par să se învârtă în jurul unor „puncte” foarte întunecate de pe cer și măsurăm câtă masă există în acel punct întunecat”, spune Psaltis. „Dacă nu cunoaștem niciun alt obiect astrofizic care poate fi atât de masiv și atât de întunecat ca ceea ce tocmai am măsurat, considerăm că aceasta este o dovadă foarte puternică a faptului că acolo se află o gaură neagră.”

Avem totuși imagini indirecte ale găurilor negre

Câteva dintre cele mai bune imagini indirecte ale găurilor negre provin de la Observatorul de raze X Chandra. „Frecarea și vitezele mari ale materialului care se formează dintr-o gaură neagră produc în mod natural raze X”, a declarat Peter Edmonds, astrofizician NASA și specialist în comunicații care lucrează cu Chandra. Iar Chandra este un telescop spațial special conceput pentru a vedea aceste raze X.

De exemplu, observatorul Chandra a documentat aceste „râgâieli” cu raze X emanate de la fuziunea a două galaxii aflate la aproximativ 26 de milioane de ani lumină distanță. Astrofizicienii suspectează că aceste râgâieli au provenit de la o gaură neagră masivă:

În mod similar, petele fucsia de pe această imagine sunt regiuni cu radiații intense de raze X, despre care se crede că sunt găuri negre care s-au format atunci când două galaxii (inelele albastru și roz) s-au ciocnit:

Raze X: NASA/CXC/MIT/S.Rappaport et al, Optic: NASA/STScI

Iată raze X și unde sonore care emană din regiunea centrală a roiului de galaxii Perseus – mai multe dovezi indirecte ale existenței unei găuri negre:

Și în acest GIF, telescopul Chandra a văzut o erupție mare de raze X care provine de la gaura neagră suspectată a se afla în centrul galaxiei Calea Lactee.

NASA/CXC/Amherst College/D.Haggard et al

Și iată o imagine mărită a acelei erupții de raze X.

O vedere mărită a erupției de raze X din centrul Căii Lactee.

Este posibil să existe chiar până la 20.000 de găuri negre mai mici în jurul găurii negre masive din centrul galaxiei noastre.

Recent, o echipă de cercetători a găsit dovezi ale existenței unei duzini de găuri negre pe o rază de trei ani lumină de centrul galactic. În următoarea imagine cu raze X, acestea sunt marcate cu albastru.

Nature

Găurile negre eliberează radiații cu raze X doar atunci când consumă materie (cum ar fi de la o stea vecină). Dar aceste găuri negre care înghit materie sunt de fapt destul de rare. Cel mai adesea, găurile negre rămân nedetectabile. Dar faptul că oamenii de știință au reușit să găsească această duzină de găuri negre „luminoase” sugerează că există zeci de mii de găuri negre în această regiune.

Pot fi observate găuri negre care aruncă jeturi masive de materie în univers

Această imagine compozită (care combină date de la Hubble și de la un radiotelescop) arată jeturi de energie și materie care sunt aruncate din centrul galaxiei Hercules A. Aceste jeturi sunt lansate cu aproape viteza luminii, demonstrând puterea distructivă impresionantă a găurilor negre.

NASA/Hubble

Această imagine următoare arată jeturi masive despre care se crede că sunt propulsate de gaura neagră din centrul galaxiei Centaurus A, o galaxie aflată la 13 milioane de ani-lumină distanță. Jeturile sunt mai lungi decât galaxia însăși.

ESO/WFI (vizibil); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (microunde); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (raze X)

Astronomii au observat stele care orbitează în jurul unor aparente găuri negre

Nu putem vedea o gaură neagră. Dar putem observa efectele gravitației extreme a unei găuri negre asupra obiectelor din jurul ei. Iată o ilustrație foarte interesantă în acest sens.

Vă uitați la 20 de ani de date despre stelele care trăiesc în apropierea găurii negre supermasive din centrul galaxiei Calea Lactee, numită Sagittarius A* (spus cu voce tare este „Sagittarius A-star”). Și da, stelele – unele de multe ori mai masive decât soarele nostru – orbitează în jurul ei.

Iată o altă privire asupra aceluiași fenomen. Acest videoclip include 16 ani de observații de la Observatorul European de Sud, sau ESO. Aceasta nu este o animație – sunt imagini reale ale stelelor accelerate de un factor de 32 de milioane. Priviți-le cum dansează în jurul unui misterios centru gol.

ESO/MPE

Steaua S2, care este marcată în primul videoclip cu o linie galbenă, este de aproximativ 15 ori mai masivă decât soarele nostru. Aceasta este mare. Dar nu este nimic în comparație cu gaura neagră, care este estimată a fi de aproximativ 4 milioane de ori mai masivă decât soarele nostru. Gravitația pe care o produce biciuiește orbita lui S2 la aproximativ 11 milioane de mile pe oră, ceea ce reprezintă de aproximativ 200 de ori viteza cu care Pământul orbitează în jurul Soarelui. S2 parcurge o orbită în aproximativ 16 ani tereștri. Recent, astronomii au văzut S2 trecând pe lângă Sagittarius A* cu o viteză mai mare de 15,5 milioane de mile pe oră. Asta înseamnă mai mult de 4.300 de mile în fiecare secundă, sau aproape 3 procente din viteza luminii. (Observația a dovedit, încă o dată, că teoria gravitației a lui Einstein este corectă.)

Nu am observat direct această gaură neagră, dar oamenii de știință suspectează că se află acolo. „Aceste orbite și o simplă aplicare a legilor lui Kepler oferă cele mai bune dovezi de până acum pentru o gaură neagră supermasivă, care are o masă de 4 milioane de ori mai mare decât cea a Soarelui”, explică Grupul Centrului Galactic de la UCLA, care a realizat animația.

Recent, oamenii de știință au obținut cea mai bună dovadă de până acum că Sagittarius A* este într-adevăr o gaură neagră supermasivă. Cam în momentul în care Steaua S2 făcea o trecere apropiată de gaura neagră, astronomii ESO au fost martorii unor scurte și puternice explozii de gaz care ieșeau din ceva numit disc de acreție. Aceasta este regiunea care înconjoară gaura neagră, unde materia este sfâșiată de gravitația intensă, dar nu a căzut în interiorul găurii negre.

Calculele ulterioare au arătat că aceste explozii se deplasau cu aproximativ 30% din viteza luminii, orbitând gaura neagră o dată la 45 de minute (cu o singură orbită acoperind aproximativ 150 de milioane de mile). Nimic altceva decât o gaură neagră supermasivă nu ar putea explica o mișcare atât de violentă și puternică. Observațiile, raportează ESO, „se potrivesc exact cu predicțiile teoretice pentru punctele fierbinți care orbitează în apropierea unei găuri negre de patru milioane de mase solare.”

În plus, astronomii suspectează, că erupția a fost localizată foarte aproape de marginea găurii negre – orizontul evenimentelor – dincolo de care nici o lumină nu poate scăpa.

Aici, vedeți o simulare pe calculator a modului în care gazele orbitează în jurul găurii negre.

ESO/Gravity Consortium/L. Calçada

Nu putem vedea încă o gaură neagră. Dar le putem „auzi” ciocnindu-se.

Când două găuri negre se ciocnesc, ele dezlănțuie un val masiv de gravitație.

La fel cum undele sonore tulbură aerul pentru a face zgomot, undele gravitaționale tulbură țesătura spațiu-timpului pentru a împinge și trage materia ca și cum ar exista într-o oglindă funhouse. Dacă o undă gravitațională mare ar trece prin tine, ai vedea cum unul dintre brațele tale ar crește mai mult decât celălalt. Dacă ați purta un ceas la fiecare încheietura mâinii, le-ați vedea cum se desincronizează.

Când două găuri negre se ciocnesc, ele dezlănțuie un val masiv de gravitație. Dar în momentul în care ajung pe Pământ, 1,4 miliarde de ani mai târziu, aceste unde au devenit foarte slabe (la fel cum undele unei pietre aruncate într-un iaz se atenuează pe măsură ce te îndepărtezi de piatră).

Dar în ultimii câțiva ani, oamenii de știință au reușit să asculte aceste unde cu ajutorul LIGO și VIRGO, experimente uriașe și globale care pot detecta aceste mici ondulații în spațiu-timp.

Pentru că undele detectate de LIGO au o frecvență comparabilă cu gama de frecvențe pe care le putem auzi, oamenii de știință pot mări volumul și le pot traduce în sunet. (Da, acest lucru nu este exact cum sună, ci mai degrabă o reprezentare audio a datelor. Și, da, evenimentul nu ar fi făcut niciun zgomot în vidul spațiului.)

Ascultați-le aici.

În curând am putea vedea o gaură neagră reală

Pentru că gaura neagră din centrul galaxiei noastre, Sagittarius A*, este atât de relativ mică și înconjurată de atât de mult material de ocluzie, va fi nevoie de un telescop uriaș pentru a o vedea. Potrivit Nature, ar fi nevoie de un telescop de 1.000 de ori mai puternic decât Hubble pentru a obține o rezoluție suficientă pentru a o vedea.

Un efort internațional numit Event Horizon Telescope este o încercare de a rezolva această problemă. Telescoapele optice convenționale folosesc oglinzi din ce în ce mai mari pentru a vedea obiecte din ce în ce mai mici și mai îndepărtate în univers. Telescopul Event Horizon face ceva similar: creează un telescop virtual de mărimea întregului Pământ.

În aprilie 2017, echipa Event Horizon a conectat radiotelescoapele din mai multe locații din întreaga lume – atât de îndepărtate precum Hawaii și Polul Sud – și le-a instruit pe toate să privească spre Sagittarius A* timp de câteva zile. Rețeaua este rezultatul unei colaborări internaționale a 14 instituții de cercetare din întreaga lume.

Împreună, aceste opt telescoape au puterea de a „număra punctele de pe o minge de baseball de la 8.000 de mile distanță”, după cum explică MIT. Rețeaua a generat o cantitate atât de mare de date încât a fost mai eficient să zboare datele de la fiecare dintre telescoape către o locație centralizată decât să le transfere pe internet.

De ani de zile, oamenii de știință au pus cap la cap toate aceste date. Speranța este că imaginea finală va arăta orizontul evenimentelor, granița dincolo de care nicio lumină nu poate scăpa. Acest orizont al evenimentelor va fi probabil înconjurat de un disc de acreție, un inel luminos și incredibil de energetic de materie care se învârte în jurul găurii negre. Ar putea arăta cam așa.

Hotaka Shiokawa / Event Horizon Telescope

Vezi: De ce fiecare imagine a unei găuri negre este o ilustrație

Milioane de oameni apelează la Vox pentru a înțelege ce se întâmplă în știri. Misiunea noastră nu a fost niciodată mai vitală decât în acest moment: să dăm putere prin înțelegere. Contribuțiile financiare din partea cititorilor noștri sunt o parte esențială pentru susținerea activității noastre care necesită multe resurse și ne ajută să menținem jurnalismul nostru gratuit pentru toți. Ajutați-ne să păstrăm munca noastră gratuită pentru toți printr-o contribuție financiară începând de la doar 3 dolari.

Știința vieții de zi cu zi

Un om de știință despre marea responsabilitate de a folosi ADN-ul străvechi pentru a rescrie istoria omenirii

Politică & Politică

Miami Beach impune o interdicție de intrare în vacanța de primăvară pe fondul îngrijorărilor legate de aglomerație și Covid-19

Dezastre naturale

A 6,vulcan islandez adormit de 000 de ani tocmai a erupt – și este nemaipomenit

Vezi toate știrile din Știință & Sănătate

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.