ศตวรรษที่ผ่านมานักดาราศาสตร์ชาวอังกฤษ Arthur Stanley Eddington และเพื่อนร่วมงานของเขาถ่ายภาพสุริยุปราคาและเปลี่ยนวิธีที่มนุษยชาติคิดเกี่ยวกับสวรรค์
ภาพถ่ายเหล่านั้นถ่ายเมื่อวันที่ 29 พฤษภาคม 1919 จาก Sobral, Brazil และPríncipe Island นอกชายฝั่งตะวันตกของแอฟริกายืนยันเป็นครั้งแรกที่การคาดการณ์ที่สำคัญของทฤษฎีทั่วไปของอัลเบิร์ตไอน์สไตน์เกี่ยวกับสัมพัทธภาพ: กาลอวกาศมวลชน การเดินทางครั้งนี้เป็นการปฏิวัติทางฟิสิกส์และทำให้ไอน์สไตน์เป็นคนดัง
วันนี้นักฟิสิกส์อยู่ที่นี่อีกครั้ง - ในระดับที่ใหญ่กว่ามาก ในเดือนเมษายนการทำงานร่วมกันของ Event Horizon Telescope (EHT) เปิดตัวภาพแรกของขอบของหลุมดำ-SN: 4/27/19, p. 6- ภาพนั้นแสดงให้เห็นอีกครั้งว่าวัตถุขนาดใหญ่เช่นหลุมดำหรือดวงอาทิตย์สามารถเปลี่ยนวิธีการเดินทางของแสงได้เช่นเดียวกับ Einstein ที่คาดการณ์ไว้
“ EHT ได้ทำสิ่งเดียวกันอย่างแน่นอน แต่ในตัวอย่างที่รุนแรงที่สุดเท่าที่จะจินตนาการได้” Lia Medeiros สมาชิกในทีมนักฟิสิกส์และ EHT ของมหาวิทยาลัยแอริโซนาในทูซอนกล่าว “ เกือบจะเป็นบทกวีที่การทดลองทั้งสองนี้เกิดขึ้นห่างกันเกือบ 100 ปี”
จนถึงตอนนี้ข้อมูลหลุมดำใหม่ได้ยืนยันสัมพัทธภาพทั่วไป แต่ในอนาคตภาพ EHT ของสัตว์ประหลาดใจ - โดยเฉพาะอย่างยิ่งภาพที่เป็นศูนย์กลางของกาแลคซีของเราเอง - อาจทำให้หลุมที่มีชื่อเสียงในทฤษฎีที่มีชื่อเสียงของไอน์สไตน์
“ เมื่อใดก็ตามที่เรามีทฤษฎีที่ใช้งานได้อย่างน่าตื่นเต้นคุณเพียงแค่ต้องการผลักดันมันให้สุดขั้ว” Michael Michael Johnson จากศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดาราศาสตร์และทีมดาราศาสตร์ของ EHT กล่าว และหลุมดำเป็น“ ห้องปฏิบัติการสุดขั้ว - นี่คือที่ที่เราสามารถชี้ไปที่ฟิสิกส์ใหม่และชี้ไปที่รอยแตกในทฤษฎีที่มีอยู่ของเรา” เขากล่าว
หนึ่งร้อยปีที่ผ่านมานักวิทยาศาสตร์ไม่มีหลุมดำเพื่อทดสอบรอยแตกในสัมพัทธภาพทั่วไป - หลุมสีดำเป็นเพียงสิ่งของแห่งจินตนาการย้อนกลับไป - แต่พวกเขามีสุริยุปราคาทั้งหมด 1919-SN ออนไลน์: 4/12/19)ในเวลานั้นทฤษฎีที่โดดเด่นของแรงโน้มถ่วงคือนิวตันซึ่งบอกว่าแรงโน้มถ่วงเป็นพลัง กองกำลังสามารถเร่งวัตถุที่มีมวลได้ แต่เนื่องจากแสงไม่มีมวลแรงโน้มถ่วงไม่ควรส่งผลกระทบต่อความคิดก็เกิดขึ้น แต่ไม่กี่ปีก่อนหน้านี้ในปี 1915 ไอน์สไตน์ได้เสนอทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของเขาซึ่งบอกว่าแรงโน้มถ่วงมาจากสสารและการแปรปรวนด้านพลังงานทำให้เกิดเส้นโค้งที่เปลี่ยนการเคลื่อนไหวของวัตถุหรือแม้แต่เส้นทางของแสงเอง
ในรูปถ่ายของ Eddington และเพื่อนร่วมงานของเขาเกี่ยวกับ Eclipse ดาวปรากฏตัวในตำแหน่งที่แตกต่างกันในท้องฟ้าในช่วงคราสเมื่อแสงของพวกเขาต้องผ่านดวงอาทิตย์ไปถึงผู้สังเกตการณ์ทางโลกมากกว่าในคืนธรรมดา (SN ออนไลน์: 8/15/17- แรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์เปลี่ยนเส้นทางที่แสงดาวใช้ ไอน์สไตน์พูดถูก
ทุกวันนี้ความคิดที่ว่าแรงโน้มถ่วงสามารถโค้งได้เป็นที่เข้าใจกันดีว่านักฟิสิกส์ใช้มันเพื่อตรวจสอบคุณสมบัติของกาลอวกาศเอง ก่อนที่ EHT จะเริ่มรับข้อมูลในปี 2560 นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้สมการของ Einstein เพื่อให้ได้แนวคิดที่แม่นยำว่าหลุมดำควรเป็นอย่างไรหากทฤษฎีไม่พังทลายในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง
ช่องว่างของหลุมดำโค้งมากจนแสงติดอยู่ข้างใน ดังนั้นนักฟิสิกส์จึงไม่สามารถมองเห็นแสงที่เปล่งออกมาได้โดยหลุมดำโดยตรง แต่พวกเขาสามารถเห็นเงาของหลุมดำบนวัสดุที่สดใสรอบ ๆ มัน ภายใต้สัมพัทธภาพทั่วไปเงานั้นควรมีขนาดและรูปร่างที่เฉพาะเจาะจง: วงกลมที่มีความกว้างเกี่ยวข้องโดยตรงกับมวลของมัน “ ทั้งหมดนี้หลุดออกจากสมการของไอน์สไตน์” จอห์นสันกล่าว “ หากคุณมีทฤษฎีแรงโน้มถ่วงที่แตกต่างกันคุณสามารถทำนายแหวนที่แตกต่างกันบนท้องฟ้าได้”
ภาพแรกของ EHT จับหลุมดำใน Galaxy M87 ประมาณ 55 ล้านปีแสงจากโลกและดูเหมือนว่านักวิจัยคิดว่ามันจะ “ อีกครั้ง GR ผ่านไปด้วยสีสันการบินเท่าที่เราสามารถบอกได้ในปัจจุบัน” จอห์นสันกล่าว
กล้องโทรทรรศน์ทั่วโลก
ในการถ่ายภาพหลุมดำของ M87 นักดาราศาสตร์ได้เชื่อมโยงหอสังเกตการณ์ทั่วโลกเพื่อสร้างกล้องโทรทรรศน์ Horizon Event ซึ่งมีขนาดของโลกทั้งใบได้อย่างมีประสิทธิภาพ
การทดสอบจริงครั้งต่อไปของทฤษฎีจะเกิดขึ้นเมื่อทีม EHT ถ่ายภาพหลุมดำในใจกลางของทางช้างเผือกเรียกว่าราศีธนู A* “ เหตุผลที่ Sgr A* มีหลายวิธีการทดสอบที่แข็งแกร่งสำหรับสัมพัทธภาพคือเรารู้อย่างแม่นยำว่าแหวนนั้นควรมีลักษณะอย่างไรถ้า [สัมพัทธภาพทั่วไป] ถือได้จริง” จอห์นสันกล่าว
Sgr A* อยู่ใกล้พอประมาณ 26,000 ปีแสงจากโลกที่นักดาราศาสตร์สามารถเห็นดาวแต่ละดวงที่เดินไปรอบ ๆ หลุมดำ นั่นทำให้นักวิจัยได้ประเมินมวลที่แม่นยำอย่างมากและขนาดของเงาภายในวงแหวนที่เรืองแสง
M87 อยู่ไกลเกินกว่าที่นักฟิสิกส์จะวัดมวลของหลุมดำได้อย่างแม่นยำก่อนถ่ายภาพ การประมาณมวลก่อนหน้านี้แตกต่างกันโดยปัจจัยสองเท่าและมีเพียงการวัด EHT บอกนักวิทยาศาสตร์ว่ามวลถูกต้อง-SN ออนไลน์: 4/22/19- แต่ความไม่แน่นอนของมวลชนนั้นหมายความว่าการทำนายขนาดของแหวนนั้นอ่อนแอกว่ามาก
“ มีห้องเลื้อยจำนวนมากที่นั่น” สำหรับ M87 จอห์นสันกล่าว “ สำหรับ sgr a*แทบจะไม่มีห้องเลื้อย” เงาของ Sgr A*เป็นความกว้างที่แน่นอนหรือสัมพัทธภาพทั่วไปจะแตก
น่าเสียดายที่ Sgr A* เป็นหลุมดำที่ยากกว่าการถ่ายภาพมากกว่า M87 มันประมาณหนึ่งในพันมวลของ M87 สำหรับมุมมองนั่นคือประมาณ 4 ล้านเท่าของดวงอาทิตย์เมื่อเทียบกับ 6.5 พันล้านครั้งของ M87 นั่นหมายความว่าวัสดุหมุนวนรอบ sgr a* เร็วขึ้นมากทำให้หลุมดำดูเหมือนจะสั่นไหวและแตกต่างกันไปในช่วงคืนเดียวของการสังเกต
แต่ Medeiros และคนอื่น ๆ ในทีม EHT กำลังทำงานกับอัลกอริทึมคอมพิวเตอร์เพื่อแก้ไขความแปรปรวนนั้น ควรใช้เวลาน้อยกว่าศตวรรษอื่นเพื่อค้นหาว่า Sgr A* พูดเกี่ยวกับสัมพัทธภาพทั่วไป
