Što nam slika crne rupe govori

Kada su znanstvenici 'fotografirali' nevidljivu crnu rupu: slika bilježi područje oko nje, generirano iz podataka prikupljenih skupom teleskopa, i pruža platformu za bolje razumijevanje crnih rupa.

Prva ikad slika crne rupe. Snimljeno projektom Event Horizon Telescope. (Izvor slike: National Science Foundation)

Crne rupe bi trebale biti najmračnije regije u cijelom svemiru. Pa ipak, kada su znanstvenici prošli tjedan objavili da su po prvi put ikad uspjeli snimiti fotografiju crne rupe, slika koju su otkrili bila je sve samo ne mračna. Činilo se jarko narančasto i u obliku krafne na onome što je postalo jedna od najrasprostranjenijih slika u posljednjih tjedan dana. Kada svjetlost ne može pobjeći iz crne rupe, kako je fotografija nastala i što to postignuće čini važnim?

Što slika prikazuje

Glavni subjekt fotografije, crna rupa koja se nalazi 55 milijuna svjetlosnih godina od Zemlje, u središtu galaksije po imenu Messier 87, bila je ograničena na malu i tamnu središnju jezgru oblika krafne na slici, prepoznatljivu samo zbog svijetlo okruženje u kojem je bilo zatvoreno. Ovo je bio jedini način na koji se crna rupa mogla fotografirati - snimanjem cijelog područja oko nje. Sama crna rupa ne emitira niti zrači svjetlost, niti bilo koje druge elektromagnetske valove koje mogu detektirati instrumenti koje su izgradila ljudska bića. No, područje neposredno izvan granice crne rupe – koje se naziva horizont događaja – koje ima ogromne količine plina, oblaka i plazme koje se nasilno kovitlaju, emitira sve vrste zračenja, uključujući čak i vidljivu svjetlost.

Objašnjeno: Ovdje je crna rupa, i zašto nijedna ranije nije fotografirana

Ni vanjski dio crne rupe nije bilo lako fotografirati. Dotična crna rupa imala je promjer od 1,5 svjetlosnih dana, odnosno oko 40 milijardi kilometara. Prsten izvan crne rupe obično ima 4 do 5 puta veći prostor. Ali vrlo velika udaljenost od Zemlje značila je da snimanje bilo čega boljeg od slike veličine točke nije fizički bilo moguće s dostupnim instrumentima. Znanstvenici su izračunali da je za sliku veće rezolucije, poput one koju su konačno uspjeli snimiti, potreban teleskop čija je antena velika kao i sama Zemlja.

Zašto je važno

Znanstvenici već nekoliko godina koriste računalno simulirane slike crnih rupa za proučavanje ovih regija. Po prvi put imaju stvarnu sliku. Iako izgledaju prilično slično, znanstvenici će sada početi pomno promatrati stvarnu sliku kako bi vidjeli razlikuje li se od računalno simuliranih slika u detaljima i mogu li se te razlike objasniti instrumentacijom, promatranjem ili drugim pogreškama. To može pružiti test za postojeće teorije svemira i dovesti do boljeg razumijevanja crnih rupa i prirode samog svemira.

Odabir crne rupe

Postojala je alternativa fotografiranju crne rupe u galaksiji M87 - pokušaj fotografiranja crne rupe koja je bila mnogo bliža. Postoje tisuće, vjerojatno milijuni, crnih rupa mnogo bliže Zemlji, ali ne bi svaka crna rupa mogla biti kandidat za fotografiranje. Znanstvenici su tražili određenu veličinu crne rupe, dovoljno veliku da je zahvate instrumenti dostupni na Zemlji. Crna rupa u galaksiji M87 je oko 6 milijardi puta veća od Sunca i jedna je od najvećih poznatih. Ne postoji crna rupa usporedive veličine bliže Zemlji.

Pročitajte | Slika horizonta događaja crne rupe omogućena je radom ovog studenta MIT-a

Ipak, postojao je kandidat u našoj galaksiji Mliječni put. Crna rupa Strijelca A*, u središtu Mliječne staze, je oko 4,3 milijuna puta veća od Sunca i udaljena je samo 25 000 svjetlosnih godina od Zemlje. On je oko 2000 puta bliži Zemlji u odnosu na onu u galaksiji M87, ali i oko 1500 puta manji. Stoga su dvije crne rupe kandidata u razmjeru nudile slične mogućnosti za fotografiranje.

Postavljanje teleskopa

Teleskop veličine Zemlje nije bio nešto što bi se moglo učiniti dostupnim. Dakle, znanstvenici su morali osmisliti genijalne nove metode kako bi prevladali ograničenja svojih instrumenata. Odlučili su upotrijebiti osam najvećih i najsofisticiranijih radioteleskopa na svijetu i povezali ih s tehnikom koja bi ih mogla natjerati da djeluju poput virtualnog teleskopa veličine Zemlje. Teleskopi su simultano snimali zračenja koja su dolazila iz područja crne rupe. Svaki od teleskopa bio je opremljen atomskim satovima kako bi se njihove snimke kasnije mogle uskladiti s iznimnom preciznošću.

Također pročitajte | Horizont događaja crne rupe: Evo kako to izgleda

Svaki pojedinačni teleskopi prikupljao je zračenje koje je dolazilo iz područja crne rupe. Ali zbog ograničenja veličine, svi su imali vrlo ograničene informacije o crnoj rupi. Usklađivanje podataka koje je svaki od ovih teleskopa zabilježio u točnim trenucima vremena dalo je znanstvenicima nešto više informacija, ali ništa se nije moglo učiniti u vezi s ogromnom količinom informacija koje ovi teleskopi nisu mogli uhvatiti.

Izgradnja slike iz podataka

Ovdje su znanstvenici uz pomoć superračunala ponovno stvorili potpunu sliku crne rupe s ograničenim informacijama koje su teleskopi uhvatili. Obnavljanje cijelih slika s ograničenim podacima nije neobično. Tehnike kompresije koje koristimo za smanjenje veličine glazbenih, slikovnih ili video datoteka na našim računalima rade na sličnim principima. Odbacujemo puno informacija dok smanjujemo veličinu, ali računalo je i dalje u mogućnosti rekreirati glazbu ili video, iako uz određeni gubitak kvalitete.

Naravno, izazov za znanstvenike koji su radili na slici crne rupe bio je kompliciraniji od tehnika koje se koriste za kompresiju datoteka. Imali su ogromnu količinu podataka za rješavanje, a opet iznimno ograničene informacije dobivene izravno od zračenja. Stoga nije iznenađujuće da su morali napisati potpuno nove algoritme, koristeći revolucionarne pristupe, kako bi regenerirali sliku.

Kao rezultat toga, velik broj piksela na toj fotografiji predstavljenoj svijetu mogao je generirati računalo. Ali oni su generirani korištenjem informacija u pikselima koji su rezultat izravnog promatranja teleskopa, umjesto da su proizvedeni iz matematičkih modela, kao što se događa u računalno simuliranim slikama.

Trebale su dvije godine nekim od najbržih svjetskih superračunala da obrađuju ogromnu količinu podataka i rekreiraju sliku crne rupe u galaksiji M87. Fotografija crne rupe Strijelca A* tek treba biti objavljena, očito zato što slika još nije spremna.

Podijelite Sa Svojim Prijateljima: