หมายเหตุบรรณาธิการ: เมื่อวันที่ 10 เมษายนการทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์ Horizon ได้เปิดตัวภาพของหลุมดำที่ยอดเยี่ยมที่ใจกลาง Galaxy M87อ่านเรื่องราวทั้งหมดที่นี่-
เรากำลังจะเห็นโคลสอัพครั้งแรกของหลุมดำ
ที่กล้องโทรทรรศน์ Event Horizonเครือข่ายของหอสังเกตการณ์วิทยุแปดแห่งที่ทอดยาวไปทั่วโลกได้กำหนดสถานที่ท่องเที่ยวคู่หนึ่ง: Sagittarius A*, หลุมดำมวลมหาศาลที่ศูนย์ Milky Way และหลุมดำขนาดใหญ่ 53.5 ล้านปีแสงใน Galaxy M87 (SN ออนไลน์: 4/5/17-
ในเดือนเมษายน 2017 หอสังเกตการณ์ร่วมมือกันเพื่อสังเกตหลุมดำ 'ขอบเขตเหตุการณ์ขอบเขตที่เกินกว่าแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงมากจนแม้แต่แสงก็ไม่สามารถหลบหนีได้ (SN: 5/31/14, p. 16- หลังจากเกือบสองปีของการแสดงผลข้อมูลนักวิทยาศาสตร์กำลังเตรียมพร้อมที่จะปล่อยภาพแรกในเดือนเมษายน
นี่คือสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์หวังว่าภาพเหล่านั้นจะบอกเราได้
หลุมดำมีลักษณะอย่างไร?
หลุมดำมีชีวิตอยู่ตามชื่อของพวกเขา: สัตว์แรงโน้มถ่วงที่ยิ่งใหญ่ปล่อยไม่แสงในส่วนใดส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าดังนั้นพวกเขาจึงดูไม่เหมือนกันมากนัก
แต่นักดาราศาสตร์รู้ว่าวัตถุอยู่ที่นั่นเพราะสิ่งแวดล้อมของหลุมดำ ในฐานะที่เป็นแรงโน้มถ่วงของหลุมดำดึงแก๊สและฝุ่นละอองสสารตั้งค่าลงในดิสก์ที่โคจรรอบด้วยอะตอมที่พุ่งเข้ากันด้วยความเร็วสูง กิจกรรมทั้งหมดนั้นทำให้เกิดความร้อนแรงขาวดังนั้นมันจึงปล่อยรังสีเอกซ์และรังสีพลังงานสูงอื่น ๆ ที่การให้อาหารสีดำที่หยิ่งยโสที่สุดในจักรวาลมีดิสก์ที่ส่องแสงดาวทั้งหมดในกาแลคซี (SN ออนไลน์: 3/16/18-
ภาพของ EHT ของ Sagittarius A*ของ Milky Way หรือที่เรียกว่า SGRA*คาดว่าจะจับเงาของหลุมดำบนดิสก์ของวัสดุที่สดใส การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์และกฎของฟิสิกส์แรงโน้มถ่วงทำให้นักดาราศาสตร์มีความคิดที่ดีเกี่ยวกับสิ่งที่คาดหวัง เนื่องจากแรงโน้มถ่วงที่รุนแรงใกล้กับหลุมดำแสงของดิสก์จะถูกบิดเบี้ยวรอบขอบฟ้าเหตุการณ์ในวงแหวนดังนั้นแม้แต่วัสดุที่อยู่ด้านหลังหลุมดำก็จะมองเห็นได้
และภาพอาจดูไม่สมมาตร: แรงโน้มถ่วงจะโค้งงอแสงจากส่วนด้านในของดิสก์ไปสู่โลกอย่างแรงกว่าส่วนนอกทำให้ด้านหนึ่งปรากฏขึ้นในวงแหวนที่ไม่สมดุล
สัมพัทธภาพทั่วไปถืออยู่ใกล้กับหลุมดำหรือไม่?
รูปร่างที่แน่นอนของวงแหวนอาจช่วยทำลายหนึ่งในทางตันที่น่าผิดหวังที่สุดในฟิสิกส์เชิงทฤษฎี
เสาหลักของฟิสิกส์เป็นทฤษฎีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ซึ่งควบคุมสิ่งต่าง ๆ ที่มีขนาดใหญ่และมีแรงดึงดูดเช่นหลุมดำและกลศาสตร์ควอนตัมซึ่งควบคุมโลกแปลก ๆ ของอนุภาค subatomic แต่ละงานทำงานอย่างแม่นยำในโดเมนของตัวเอง แต่พวกเขาไม่สามารถทำงานร่วมกันได้
“ สัมพัทธภาพทั่วไปที่เป็นอยู่และกลไกควอนตัมที่ไม่สอดคล้องกัน” Lia Medeiros นักฟิสิกส์ของมหาวิทยาลัยแอริโซนาในทูซอนกล่าว “ ร็อคสถานที่ที่ยากมีบางสิ่งบางอย่างต้องให้” หากสัมพัทธภาพทั่วไปที่มีเข็มขัดที่ขอบเขตของหลุมดำมันอาจชี้ไปข้างหน้าสำหรับนักทฤษฎี
เนื่องจากหลุมดำเป็นสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงมากที่สุดในจักรวาลจึงเป็นสภาพแวดล้อมที่ดีที่สุดในการทดสอบทฤษฎีการทดสอบแรงโน้มถ่วง มันเหมือนกับการขว้างทฤษฎีที่กำแพงและดูว่า - หรืออย่างไร - พวกเขาแตก หากสัมพัทธภาพทั่วไปเกิดขึ้นนักวิทยาศาสตร์คาดหวังว่าหลุมดำจะมีเงาโดยเฉพาะและรูปทรงของแหวน หากทฤษฎีแรงโน้มถ่วงของไอน์สไตน์แตกสลายเงาที่แตกต่างกัน
Medeiros และเพื่อนร่วมงานของเธอทำการจำลองคอมพิวเตอร์ของเงาหลุมดำที่แตกต่างกัน 12,000 ตัวซึ่งอาจแตกต่างจากการคาดการณ์ของ Einstein “ ถ้ามันแตกต่างอะไร [ทฤษฎีทางเลือกของแรงโน้มถ่วง] เพิ่งได้รับของขวัญคริสต์มาส” Medeiros กล่าวใครนำเสนอผลการจำลองในเดือนมกราคมที่ซีแอตเทิลในการประชุมสมาคมดาราศาสตร์อเมริกัน แม้แต่การเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากสัมพัทธภาพทั่วไปก็สามารถสร้างเงาที่แตกต่างกันมากพอสำหรับ EHT ในการสอบสวนทำให้นักดาราศาสตร์สามารถหาจำนวนสิ่งที่พวกเขาเห็นแตกต่างจากสิ่งที่พวกเขาคาดหวัง
ซากศพที่เรียกว่าพัลซาร์ล้อมรอบหลุมดำของทางช้างเผือกหรือไม่?
อีกวิธีหนึ่งในการทดสอบสัมพัทธภาพทั่วไปรอบ ๆ หลุมดำคือการดูว่าดวงดาวดูแลพวกเขาอย่างไร เมื่อแสงหนีแรงโน้มถ่วงสุดขั้วในบริเวณใกล้เคียงของหลุมดำคลื่นของมันก็ยืดออกไปทำให้แสงเป็นสีแดง กระบวนการนี้เรียกว่าแรงโน้มถ่วง redshift คาดการณ์โดยสัมพัทธภาพทั่วไปและเป็นพบใกล้ Sgra* ปีที่แล้ว-SN: 8/18/18, p. 12- จนถึงตอนนี้ดีมากสำหรับไอน์สไตน์
วิธีที่ดียิ่งกว่าในการทำแบบทดสอบเดียวกันคือพัลซาร์ซากศพตัวเอกที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งกวาดท้องฟ้าด้วยลำแสงของรังสีในจังหวะปกติที่ทำให้มันดูเหมือนเป็นชีพจร (SN: 3/17/18, p. 4- ความโน้มเอียง redshift จะทำให้การเว้นจังหวะของ metronomic ของพัลซาร์ทำให้เกิดการทดสอบที่แม่นยำยิ่งขึ้นเกี่ยวกับสัมพัทธภาพทั่วไป
“ ความฝันสำหรับคนส่วนใหญ่ที่พยายามทำวิทยาศาสตร์ Sgra* โดยทั่วไปคือการพยายามหาพัลซาร์หรือพัลซาร์โคจร” หลุมดำกล่าวว่านักดาราศาสตร์สกอตต์แรนซัมของหอสังเกตการณ์ดาราศาสตร์วิทยุแห่งชาติในชาร์ลอตต์วิลล์
แม้จะมีการค้นหาอย่างรอบคอบ แต่ก็ยังไม่พบพัลซาร์ใกล้พอที่จะ Sgra* ส่วนหนึ่งเป็นเพราะก๊าซและฝุ่นในศูนย์กาแล็คซี่ทำให้คานของพวกเขาแตกหักและทำให้ยากที่จะมองเห็น แต่ EHT กำลังดูดีที่สุดที่ศูนย์กลางนั้นในความยาวคลื่นวิทยุดังนั้นค่าไถ่และเพื่อนร่วมงานหวังว่ามันจะสามารถมองเห็นได้
“ มันเป็นการเดินทางตกปลาและโอกาสที่จะได้รับความเกียจคร้านนั้นเล็กมาก” Ransom กล่าว “ แต่ถ้าเราทำมันก็คุ้มค่าทั้งหมด”
หลุมดำบางอย่างสร้างไอพ่นได้อย่างไร?
หลุมดำบางแห่งเป็นตะกละที่หิวกระหายดึงแก๊สและฝุ่นจำนวนมากในขณะที่คนอื่น ๆ เป็นคนกินที่จู้จี้จุกจิก ไม่มีใครรู้ว่าทำไม SGRA* ดูเหมือนจะเป็นหนึ่งในจุกจิกที่มีดิสก์เพิ่มขึ้นสลัวอย่างน่าประหลาดใจแม้จะมีมวลพลังงานแสงอาทิตย์ 4 ล้าน เป้าหมายอื่น ๆ ของ EHT คือหลุมดำใน Galaxy M87 เป็นผู้กินที่มีน้ำหนักมากซึ่งมีน้ำหนักอยู่ที่ประมาณ 3.5 พันล้านและ 7.22 พันล้านมวลโซลาร์เซลล์ และมันไม่ได้เป็นเพียงการสะสมดิสก์การเพิ่มที่สดใส นอกจากนี้ยังเปิดตัวเจ็ทที่สว่างและรวดเร็วของอนุภาคย่อยอะตอมที่มีประจุซึ่งทอดยาวไปประมาณ 5,000 ปีแสง
“ มันเป็นเรื่องยากเล็กน้อยที่จะคิดว่าหลุมดำทะลักออกมาบางสิ่งบางอย่าง” โทมัสคริชบอมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ของสถาบันแม็กซ์แพลนค์สำหรับดาราศาสตร์วิทยุในกรุงบอนน์ประเทศเยอรมนีกล่าว “ โดยปกติแล้วคนคิดว่ามันกลืนอะไรบางอย่าง”
หลุมดำอื่น ๆ อีกมากมายผลิตไอพ่นที่ยาวกว่าและกว้างกว่ากาแลคซีทั้งหมดและสามารถขยายเวลาหลายพันล้านปีแสงจากหลุมดำ “ คำถามธรรมชาติเกิดขึ้น: อะไรคือสิ่งที่ทรงพลังในการเปิดตัวเครื่องบินไอพ่นเหล่านี้ไปยังระยะทางไกลขนาดใหญ่” Krichbaum กล่าว “ ตอนนี้ด้วย EHT เราสามารถติดตามสิ่งที่เกิดขึ้นเป็นครั้งแรก”
การวัดหลุมดำของ M87 ของ EHT จะช่วยประเมินความแข็งแรงของสนามแม่เหล็กซึ่งนักดาราศาสตร์คิดว่าเกี่ยวข้องกับกลไกการเปิดตัวเจ็ท และการวัดคุณสมบัติของเจ็ทเมื่ออยู่ใกล้กับหลุมดำจะช่วยกำหนดว่าเจ็ทมีต้นกำเนิดมาจากที่ใดส่วนหนึ่งของดิสก์การเพิ่มขึ้นของดิสก์ที่อยู่ไกลออกไปในดิสก์หรือจากหลุมดำเอง การสังเกตเหล่านั้นอาจเปิดเผยว่าเจ็ทถูกเปิดตัวโดยบางสิ่งเกี่ยวกับหลุมดำเองหรือโดยวัสดุที่ไหลเร็วในดิสก์สะสม
เนื่องจากเจ็ตส์สามารถนำวัสดุออกจากศูนย์กาแล็คซี่และเข้าไปในภูมิภาคระหว่างกาแลคซีได้พวกเขาจึงสามารถทำได้มีอิทธิพลต่อการที่กาแลคซีเติบโตและวิวัฒนาการและแม้กระทั่งที่ดาวและดาวเคราะห์ก่อตัว (SN: 7/21/18, p. 16-
“ มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องเข้าใจวิวัฒนาการของกาแลคซีตั้งแต่การก่อตัวของหลุมดำในช่วงต้นจนถึงการก่อตัวของดวงดาวและต่อมาจนถึงการก่อตัวของชีวิต” Krichbaum กล่าว “ นี่เป็นเรื่องใหญ่และยิ่งใหญ่เราเพิ่งมีส่วนร่วมกับการศึกษาของเราเกี่ยวกับ Black Hole Jets เล็กน้อยเพื่อปริศนาที่ใหญ่กว่า”
หมายเหตุบรรณาธิการ: เรื่องนี้ได้รับการอัปเดตเมื่อวันที่ 1 เมษายน 2019 เพื่อแก้ไขมวลของหลุมดำของ M87; มวลของกาแล็กซี่ทั้งหมดคือมวลแสงอาทิตย์ 2.4 ล้านล้านมวล แต่หลุมดำนั้นมีน้ำหนักอยู่ที่มวลแสงอาทิตย์หลายพันล้าน นอกจากนี้การจำลองหลุมดำเป็นตัวอย่างของทฤษฎีทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของไอน์สไตน์ของ uphold ไม่ใช่สิ่งที่เบี่ยงเบนไปจากมัน
