الفلك

لماذا لا تلتقط صورة لثقب أسود أقرب؟

لماذا لا تلتقط صورة لثقب أسود أقرب؟


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

هناك مجرات أقرب من Messier 87 بالتأكيد ، حتى مجراتنا! أثار فضولي فضولي أنهم ذهبوا على بعد 53 مليون سنة ضوئية. هل هناك سبب لذلك؟


لقد فوجئت أيضًا عندما سمعت لأول مرة أنهم يحاولون تصوير الثقب الأسود لـ M87.

الإجابة المختصرة هي أنها كبيرة حقًا. إنه أكبر بـ 1500 مرة (قطر) من برجنا القوس A * ، وأبعد بمقدار 2100 مرة. هذا يجعل حجمه الظاهر حوالي 70٪ من حجم Sgr A * ، والذي يحاولون أيضًا تصويره.

يُظهر البحث السريع في قائمة ويكيبيديا لأكبر الثقوب السوداء أنه لا يوجد ثقوب سوداء أخرى بمزيج من الحجم والقرب أكبر من هذين.

اثنان من المرشحين الآخرين ليسا بعيدين للغاية. يبلغ حجم ثقب أندروميدا الأسود 50 ضعف حجمنا ، وعلى مسافة 100 مرة ، سيظهر نصف حجم Sgr A *. تقع مجرة ​​Sombrero على مسافة 380 مرة من Sgr A * ، ولديها ثقب أسود يقدر بنحو مليار كتلة شمسية ، أي ما يعادل 232 مرة Sr A * ، مما ينتج عنه قطر زاوي يقارب 60٪ من Sgr A *.

يبدو أن هناك العديد من الاعتبارات الأخرى التي تم اختيار الثقوب السوداء لها ، كما هو موضح في هذا السؤال المماثل. على سبيل التخمين ، ستشمل هذه مدى حجب كل ثقب أسود مع الغبار / النجوم الأمامية وما إلى ذلك ، ومدى نشاط (وبالتالي سطوع) النوى ، وميلها مع الأرض التي تؤثر على المراصد التي يمكن أن تراقبها في أي وقت.

تحرير: لقد وجدت مرشحًا مقبولاً آخر. يقع NGC_1600 على بعد 200 متر سنة ضوئية مع وجود ثقب أسود مركزي يقدر ب 17 مليار كتلة شمسية ثقيلة. هذا من شأنه أن يضعها في حوالي 40 ٪ من القطر الظاهر لـ Sgr A *.

مقارنة الحجم الظاهر لأكبر الثقوب السوداء القريبة

وبالطبع XKCD إلزامي لتذكيرنا بمدى صغر حجم هذه الأشياء.


هناك بعض المعايير اللازمة لرؤية ثقب أسود باستخدام تلسكوب أفق الحدث. هم ، في الأهمية:

  • التغذية النشطة: أنت بحاجة إلى قرص تراكم سميك به الكثير من المادة التي تتراكم على الثقب الأسود. يناسب M87 هذه المعايير ، وهو عبارة عن تخمة تستهلك حوالي 90 كتلة أرضية في اليوم.
  • الحجم الظاهر. على الرغم من أنها تبعد 53 مليون سنة ضوئية ، إلا أن M87 تبلغ 6.5 مليار كتلة شمسية. نظرًا لأن نصف قطر أفق الحدث يتناسب خطيًا مع الكتلة ، فإن المسافة التي يتم تحديدها يتم تحديدها من خلال المقياس الهائل.

كما يقول Ingolifs ، Sgr A * و M87 * هما المرشحان الواضحان. في المؤتمر الصحفي ، أوضح Heino Falcke سبب حصولهم على صورة M87 * أولاً:

لكن الأمر سيستغرق بعض الوقت لأن القوس A Star هو 1000 مرة أسرع وأصغر. إنه مثل طفل صغير يتحرك باستمرار. بالمقارنة ، M87 أبطأ بكثير ، مثل الدب الكبير.

- ديكان هيرالد


ملاحظة سريعة أخرى - إنهم يحاولون الحصول على صورة Sag. أ*:

من موقع Space.com

كان المشروع يفحص اثنين من الثقوب السوداء - العملاق M87 ، الذي يؤوي حوالي 6.5 مليار مرة كتلة شمس الأرض ، والثقب الأسود المركزي لمجرة درب التبانة ، والمعروف باسم القوس A *. هذا الجسم الأخير ، على الرغم من أنه لا يزال ثقبًا أسود هائلاً ، إلا أنه يمثل رونًا مقارنةً بحش M87 ، حيث يحتوي على 4.3 مليون كتلة شمسية فقط.

كلا هذين الجسمين أهداف صعبة بسبب بعدهما الهائل عن الأرض. يقع القوس A * على بعد حوالي 26000 سنة ضوئية منا ، والثقب الأسود M87 على بعد 53.5 مليون سنة ضوئية.

من وجهة نظرنا ، فإن أفق حدث القوس A * "صغير جدًا لدرجة أنه يعادل رؤية برتقالة على القمر أو القدرة على قراءة الجريدة في لوس أنجلوس أثناء جلوسك في مدينة نيويورك ،" قال دويلمان خلال حدث SXSW الشهر الماضي.

وفي حال كنت تتساءل عن Sagittarius A *: يأمل فريق EHT في الحصول على صور لهذا الثقب الأسود الهائل قريبًا ، كما قال Doeleman اليوم. نظر الباحثون إلى M87 أولاً ، وهو أسهل قليلاً في حله من Sagittarius A * لأنه أقل تغيرًا خلال فترات زمنية قصيرة ، كما أوضح.


صعوبة تصوير أي شيء على طيف الضوء المرئي هي الغبار. ساجيتاريوس أ مغمور بسحب الغبار التي يمكن اختراقها بالأشعة تحت الحمراء. استوفى M87 معايير كونه كبيرًا وقريبًا نسبيًا وفي نفس الوقت تمكن الضوء من الانعكاس عن أفق الحدث وعدم حجبه بواسطة سحب الغبار.


كيف تلتقط صورة للثقب الأسود؟ مع تلسكوب بحجم الأرض

يمكن لمرصد افتراضي يمتد على كوكب الأرض ، منذ سنوات ، أن يغير طريقة تفكيرنا في المكان والزمان وطبيعة الواقع. هل ستعمل؟

تنسب إليه. رسم توضيحي لأندي جيلمور

نحن نعيش على بعد 26000 سنة ضوئية من مركز مجرة ​​درب التبانة. هذا خطأ تقريب بالمعايير الكونية ، لكنه لا يزال بعيدًا. عندما بدأ الضوء الذي يصل الآن إلى الأرض من مركز المجرة لأول مرة ، كان الناس يعبرون الجسر البري لمضيق بيرينغ ، ويصطادون الماموث الصوفي على طول الطريق.

لم تمنع المسافة علماء الفلك من رسم خريطة دقيقة إلى حد ما لقلب المجرة. نحن نعلم أنك إذا سافرت إلى الداخل من الأرض بسرعة الضوء لحوالي 20 ألف عام ، فستواجه انتفاخًا مجريًا ، وهو هيكل على شكل الفول السوداني كثيف بالنجوم ، بعضها قديم قدم الكون تقريبًا. على بعد عدة آلاف من السنين الضوئية ، توجد Sagittarius B2 ، وهي سحابة بحجم ألف مرة من نظامنا الشمسي تحتوي على السيليكون والأمونيا وجرعات من سيانيد الهيدروجين وعشرة مليارات مليار لتر من الكحول على الأقل وشرطات من فورمات الإيثيل ، والتي طعمها مثل التوت. استمر في الداخل لمدة 390 سنة ضوئية أخرى أو نحو ذلك وستصل إلى الفرسخ الداخلي ، المنطقة الغريبة في غضون ثلاث سنوات ضوئية من مركز المجرة. أنابيب من البرق المتجمد تسمى خيوط كونية تخترق السماء. فقاعات الغاز تخلد ذكرى انفجارات النجوم القديمة. تصبح الجاذبية بحرًا رغويًا من الأنهار. النجوم الزرقاء التي تجعل شمسنا تبدو وكأنها رخام ، تمر بملايين الأميال في الساعة. يصبح الفضاء عبارة عن حمام من ذرات الإشعاع تتحلل في ضباب من الجسيمات دون الذرية. وبالقرب من القلب ، يشكل هذا الضباب طبق فريسبي متوهج كبير يدور حول كرة شاسعة مظلمة. هذا هو الثقب الأسود الهائل في قلب مجرة ​​درب التبانة ، النقطة الثابتة لمجرتنا التي تدور ببطء. نطلق عليه اسم القوس A * ، الذي يُنطق بعبارة "A-star". الثقب الأسود نفسه غير مرئي ، لكنه يترك بصمة عنيفة على بيئته ، حيث يسحب الأجسام المحيطة إلى مدارات غير محتملة ويقضي على النجوم وسحب الغاز التي تبتعد كثيرًا. لطالما تساءل العلماء عما سيرون إذا كان بإمكانهم النظر على طول الطريق إلى حافته. قد يكتشفون قريبا.

وجد علماء الفلك القوس A * في عام 1974 ، عندما كانت فكرة الثقوب في الفضاء لا تزال جديدة ومقلقة. منذ ذلك الحين ، قاموا بسبرها باستخدام كل أداة ملاحظة ونظرية مناسبة. بشكل غير مباشر ، قاموا بوزنها وقياس محيطها ومراقبة عاداتها الغذائية. يتحدثون عنها الآن بثقة محسوبة ، مثل وصف القرويين لتنين يعيش في كهف في التلال ، حيوان لا يشك أحد في وجوده ، لكن لم يره أحد من قبل.

بالطبع ، يقوم شخص ما دائمًا برحلة استكشافية إلى الكهف. في العام الماضي ، بعد أكثر من عقد من التحضير ، قام علماء الفلك من أمريكا الشمالية والجنوبية وأوروبا وآسيا برحلة كهف مجازية مع التشغيل الافتتاحي لتلسكوب أفق الحدث (EHT) ، وهو مرصد افتراضي بحجم الأرض مصمم لأخذ أول صورة لثقب أسود. فريق E.H.T. يستخدم تقنية تُعرف باسم قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا (V.L.B.I.) ، حيث يلاحظ علماء الفلك في المراصد في قارات مختلفة نفس الجسم في وقت واحد ، ثم يجمعون البيانات التي تم جمعها على كمبيوتر عملاق. يحب مدير EH.T. ، Shep Doeleman ، عالم الفلك الراديوي بمركز Harvard-Smithsonian للفيزياء الفلكية ، الاتصال بـ E.H.T. "أكبر تلسكوب في تاريخ البشرية." لديها أعلى دقة من أي أداة فلكية تم تجميعها على الإطلاق. إنها دقيقة بما يكفي لقراءة التاريخ على نيكل في لوس أنجلوس من نيويورك ، ورؤية كعكة دونات على القمر ، والأهم من ذلك ، لالتقاط صورة للثقب الأسود في وسط مجرتنا - أو على الأقل ، ظلها.

الصور الفلكية لها طريقة لوضع الاهتمامات الأرضية في منظورها الصحيح. قد تنذر العناوين الرئيسية بانهيار الحضارة الغربية ، لكن الثقب الأسود لا يهتم. لقد كانت موجودة في معظم التاريخ الكوني وستشهد موت الكون. في زمن الأكاذيب ، ستكون صورة الثقب الأسود الخاص بنا شيئًا حقيقيًا. إن الجهد المبذول للحصول على هذه الصورة يتحدث جيدًا عن جنسنا البشري: مجموعة من الناس حول العالم يتحدون الخلاف الدولي والغباء العام المتصاعد في السعي الموحد لتحقيق هدف باطني مجيد. وفي هذه الأيام المظلمة ، من المناسب أن يكون هدف هذا السعي هو أحلك شيء يمكن تخيله.

قال أفيري برودريك ، عالم الفيزياء الفلكية النظري الذي يعمل مع Event Horizon Telescope ، في عام 2014 أن الصورة الأولى للثقب الأسود يمكن أن تكون بنفس أهمية "Pale Blue Dot" ، وهي صورة الأرض التي التقطتها مركبة الفضاء فوييجر عام 1990. حافة النظام الشمسي ، حيث يكون كوكبنا بقعة صغيرة في فراغ شاسع. اعتقد أفيري أن الصورة الجديدة لواحد من أنقى تجسيدات الطبيعة للفوضى والقلق الوجودي سيكون لها رسالة مختلفة: ستقول ، هناك وحوش هناك.

واحد من كثير تتمثل تحديات تصوير الثقب الأسود في أنها ليست "أشياء" بأي معنى مألوف: فهي مصنوعة من الجاذبية الخالصة. التعريف القياسي للثقب الأسود هو "منطقة من الفضاء لا يستطيع أي شيء الهروب منها ، ولا حتى الضوء" ، ولكن حتى هذه الصياغة الصارخة تفشل في التقاط أعجوبة شيطانية كاملة. وضع الفيزيائي ويرنر إسرائيل الأمر بشكل أفضل عندما وصف الثقب الأسود بأنه "حقل جاذبية أساسي ومستدام ذاتيًا قطع كل الارتباط السببي بمصدر المادة الذي أنشأه ، واستقر ، مثل فقاعة صابون ، في أبسط تكوين متسق مع القيود الخارجية ".

السمة المميزة لفقاعة الصابون التثاقلية هذه هي حدودها ، أفق الحدث ، خروج أحادي الاتجاه من الكون. إذا كنت ستعبر أفق حدث فلن تلاحظ شيئًا. لا اضطراب. لا يوجد غشاء خيال علمي متلألئ يعرض ذكريات من طفولتك. لكن لا يمكنك العودة. إن عدم إمكانية عكس أفق الحدث هو السبب في أن الثقوب السوداء ، بالمعنى الدقيق للكلمة ، غير مرئية: لا يمكن لأي ضوء من الداخل أن يصل إلى الكون الخارجي. ولكن هناك حلول بديلة ، غش يمكن أن يقربنا بشكل مقارب.

في عام 1973 ، اكتشف الفيزيائي جيمس باردين أنه في الظروف المناسبة - على سبيل المثال ، إذا مر ثقب أسود أمام خلفية كبيرة ساطعة ، مثل النجم - فقد يكون من الممكن رؤية شكله الظلي. واختتم باردين بالقول: "لسوء الحظ ، يبدو أنه لا يوجد أمل في ملاحظة هذا التأثير". في وقت لاحق من ذلك العقد ، سعى الفيزيائي الفرنسي جان بيير لومينيت لمعرفة كيف سيبدو الثقب الأسود إذا أضاءه الوهج من المادة شديدة الحرارة التي تدور حوله. لقد أجرى حساباته عن طريق إدخال بطاقات مثقبة في جهاز كمبيوتر بدائي. رسم النتائج باليد. بدت صوره بالأبيض والأسود وكأنها صور ملتوية لكوكب زحل أسود ، مع قرص تراكمي يشبه الحلقات مشوه مثل الحلوى.

في أواخر التسعينيات ، قرر علماء الفيزياء الفلكية هينو فالك وفولفيو ميليا وإريك أغول ، بدافع من جيل جديد من التلسكوبات الراديوية التي كانت قيد الإنشاء ، معرفة ما إذا كانت هناك أي فرصة لرؤية صورة القوس الظلية من الأرض. قاموا بتشغيل معادلات باردين من خلال برنامج تنبأ بكيفية انتقال الضوء في الزمكان الملتوي حول الثقب الأسود ، وخلصوا إلى أنه مع مجموعة بحجم الأرض من التلسكوبات الراديوية ، تعمل جميعها على أعلى ترددات الطيف الراديوي ، كلهم يراقبون القوس A * في وقت واحد ، يمكن للمرء أن يرى دائرة مظلمة أكبر بعشر مرات من أفق الحدث. عند حافة هذه الدائرة ، سيتم احتجاز أشعة الضوء ، متتبعةً حلقة متوهجة. داخل هذا الخاتم ، الظلام. يجب أن يلقي القوس A * بظلاله.

تعتمد إمكانية رؤية هذا الظل من الأرض على مجموعة مذهلة من الظروف. يتصادف أن يكون الغلاف الجوي للأرض شفافًا بالنسبة للإشعاع الكهرومغناطيسي - في هذه الحالة ، بعض الموجات الدقيقة - التي تتألق من حافة الثقب الأسود ، على الرغم من أنها تمنع الإشعاع ذي الأطوال الموجية الأطول والأقصر قليلاً. تصبح المادة اللزجة بين النجوم الواقعة بين الأرض ومركز المجرة شفافة أيضًا عند تلك الترددات ، كما تفعل سحب المادة شديدة الحرارة خارج الثقب الأسود مباشرةً ، مما يحجب رؤية أفق الحدث. في وقت لاحق من الحياة ، قارن فولفيو ميليا هذه المحاذاة بالحوادث الكونية التي تعطينا كسوفًا كليًا للشمس. القمر هو الحجم المناسب تمامًا ، في مداره الصحيح تمامًا ، على مسافة مناسبة تمامًا من الأرض والتي تحجب الشمس تمامًا بين الحين والآخر. لم يكن فولفيو متدينًا ، لكن هذه الصدف كانت غير مرجحة لدرجة أنه لم يستطع إلا الشعور بأن ظل الثقب الأسود كان من المفترض رؤيته. كان الكون قد رتب للبشر لرؤية أقرب مخرج.

لكن المخرج مضاء بشكل سيئ. يؤكد علماء الفلك الراديوي أحيانًا على صعوبة وظائفهم بالحقيقة التالية: كل الإشعاع الكهرومغناطيسي المشترك الذي تم جمعه بواسطة كل تلسكوب راديوي تم بناؤه على الإطلاق ، باستثناء تلك المنبعثة من شمسنا ، سوف يحمل القليل جدًا من الطاقة لإذابة ندفة الثلج. للتعويض عن هذه الندرة - لجمع أكبر قدر ممكن من الطاقة - يقوم علماء الفلك ببناء أكبر الأطباق التي يمكنهم القيام بها. التلسكوبات الراديوية في العالم هي إبداعات مخيفة. تلسكوب روبرت سي بيرد في جرين بانك ، دبليو فيرجينيا ، يبلغ ارتفاعه 120 قدمًا من كاتدرائية سانت بول في لندن. لكن التلسكوبات من هذا القبيل لا يمكنها التعامل مع الموجات الدقيقة. قليل من التلسكوبات تستطيع ذلك.

السطح العاكس على شكل وعاء التلسكوب اللاسلكي - هذا الطبق اللامع العملاق - مغطى بالبلاط بألواح معدنية ، كل واحدة مصقولة وفقًا للمواصفات الصارمة. لعكس موجات الراديو بدقة بطول موجة واحد مليمتر ، على سبيل المثال ، يجب أن تكون الألواح خالية من المطبات أو الخدوش التي يزيد حجمها عن واحد على عشرين من المليمتر. مع ما يكفي من المال ، يمكنك عمل أسطح عاكسة هائلة تكون أكثر سلاسة من هذا. لكن نادرا ما يوجد مال كاف.

تخلق موجات الراديو عالية التردد تحديات أخرى. كلما زادت دقة دقة التلسكوب ، زادت دقة توجيهه نحو هدفه. الدقة ليست مجرد مسألة توخي الحذر الشديد عند تدوير المقابض والأقراص. يجب تصميم الجهاز الكهروميكانيكي بالكامل الذي تبلغ قيمته عدة ملايين من الدولارات والذي يدور ويوجه الجهاز الضخم لتحمل أعلى. هذه الدقة باهظة الثمن ، لذا لا تمتلكها معظم التلسكوبات. تتشوه الأطباق الكبيرة أيضًا عند تدويرها وإمالتها ، وتتمدد وتتقلص وتتشوه حسب درجة الحرارة والوقت من اليوم. يمكنك تثبيت الآلاف من المشغلات القابلة للتعديل بشكل مستقل والتي يتم التحكم فيها بواسطة الكمبيوتر والتي تقوم بضبط كل لوحة سطحية باستمرار ، مع إبقاء التلسكوب في بؤرة التركيز ، ولكن مرة أخرى: باهظة الثمن. لكل هذه الأسباب ، تميل التلسكوبات الراديوية عالية التردد إلى أن تكون صغيرة - بشكل عام ، لا يزيد قطرها عن 10 أمتار.

هناك مشكلة أخرى. نعم ، يسمح الغلاف الجوي للأرض بدخول الموجات الدقيقة القادمة من حافة الثقب الأسود ، لكن طقس الأرض يمكن أن يشوهها أثناء انتقالها عبرها. موقع جيد لتلسكوب لاسلكي عالي التردد هو مكان مرتفع وجاف جدًا ، في المنطقة التي تتطلب خزانات الأكسجين في حالات الطوارئ ولكنها مسطحة بدرجة كافية لحمل هيكل بحجم مبنى سكني في مانهاتن. إذا كان عليك التسلق على الجليد إلى القمة ، فلن ينجح الأمر: الطريق ، مهما كان غادرًا ، يجب أن يذهب إلى القمة. يجب أن يكون الموقع في بلد مسالم وودود بشكل معقول حيث يمكنك شحن الصناديق المليئة بالساعات الذرية وغيرها من المعدات الحساسة.

صورة

وبالطبع ، لتصوير ثقب أسود ، فأنت بحاجة إلى عشرات الأشخاص على الأقل من ذوي الخبرة المناسبة للالتزام بسنوات من العمل الشاق والمحبِط الذي ينطوي على فترات إقامة طويلة وغير مريحة في مراصد جبلية بعيدة. لم يكن من الصعب العثور على مجندين. كان للمشروع جاذبية كبيرة لبناة التلسكوب والمنظرين على حد سواء: لقد كان تحديًا هندسيًا تاريخيًا في السعي وراء صورة قد تكون مستحيلة.

Shep Doeleman ، ال عالم الفلك الراديوي الذي أوصى بأول تجسيد لتلسكوب Event Horizon إلى حيز الوجود ، هو رجل نحيف يبلغ من العمر 51 عامًا متوسط ​​الطول بشعر بني رقيق وفوضوي ونظارات بإطار سلكي. كان يبلغ من العمر 32 عامًا في عام 2000 ، عندما ظهرت ورقة Falcke-Fulvio-Melia ، بعد عامين من العمل في تشغيل VL.B.I. البرنامج في مرصد Haystack التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. لقد كان أقرب إلى الواقع التقني من معظم علماء الفلك ، لذلك كان لديه إحساس جيد بما قد تتطلبه تجربة كهذه. وكان يعلم أنه سيكون صعبًا.

في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين ، كانت المراصد الراديوية عالية التردد قيد الإنشاء في هاواي وتشيلي والمكسيك وأماكن أخرى ، ولكن عندما اكتملت تلك المراصد لم تكن جاهزة لهذه المهمة ، لأنها لم تكن مجهزة للقيام بخط أساس طويل جدًا قياس التداخل. تباينت قائمة الترقية من تلسكوب إلى تلسكوب ، ولكن بشكل عام ، سيحتاج كل موقع إلى ساعات ذرية ، لبيانات ختم الوقت حتى يمكن دمجها لاحقًا مع بيانات من تلسكوبات أخرى معدات جديدة لمعالجة الإشارات ومسجلات البيانات ، والتي لا تزال قيد التصميم والجراحة الغازية لزرع هذا الجهاز الجديد.

لكن Doeleman كان متفائلاً ورومانسيًا ، ورأى أن نفس التقدم التكنولوجي وراء iPod سيحول قريبًا علم الفلك الراديوي عالي التردد. من شأن قانون مور أن يُدخل إلى حيز الوجود معالجات دقيقة وأقراص صلبة متوفرة بأسعار معقولة وقوية يمكن أن تحل محل معدات معالجة الإشارات التي تصنع يدويًا والبكرات البطيئة والصعبة للشريط المغناطيسي. ستجعل المعالجات الأسرع والمسجلات ذات السعة العالية من الممكن جمع المزيد من البيانات باستخدام أطباق أصغر مثل تلك التي يتم تصنيعها في هاواي وتشيلي وخارجها.

حتى لو وافق كل مرصد لاسلكي جديد عالي التردد في العالم على اللعب على طول الطريق ، فإن الخدمات اللوجستية كانت شاقة. كل شيء يجب أن يسير بشكل صحيح عند كل تلسكوب في المصفوفة ، وإلا فإن كل شيء سيفشل. سيتعين عليهم العثور على ليلة عندما تصادف أن يكون القوس A * في الموضع الصحيح من السماء حتى تتمكن التلسكوبات في أوروبا وأمريكا الشمالية وأمريكا الجنوبية وهاواي والقطب الجنوبي من رؤيتها في نفس الوقت. في تلك الليلة يجب أن تكون السماء صافية في كل تلك الأماكن في وقت واحد. وسيتعين على كل تلسكوب يحتاجون إليه أن يظل في العمل لفترة كافية للحصول على الصورة ، على الرغم من أن التلسكوبات الجديدة القادمة عبر الإنترنت قد تجعل التلسكوبات القديمة خارج العمل.

استمروا في ذلك. في عام 2007 ، بعد محاولة فاشلة في العام السابق ، شرع Doeleman وطاقم صغير لإثبات المفهوم ، لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم الحصول على مثلث من التلسكوبات الراديوية عالية التردد في هاواي وكاليفورنيا وأريزونا لاكتشاف القوس A *. لقد أمضوا أسبوعين في Mauna Kea ، حيث قاموا بتركيب واختبار المعدات المستعارة وانتظار الطقس. في الليالي الصافية ، كانوا يبقون مستيقظين من وقت مبكر قبل الغسق حتى بعد الفجر ، عندما يقومون بتعبئة محركات الأقراص الصلبة المليئة بمليارات الأرقام التي تمثل الضوضاء والإشارات الكونية في صناديق الرغوة. كانوا يرسمون قش ليقرروا من كان عليه أن يقود الصناديق إلى Hilo و FedEx وإعادتها إلى Haystack من أجل الارتباط. في نهاية السباق ، قاموا بتفكيك معداتهم وشحنها إلى الشرق. ثم ذهبوا جميعًا إلى المنزل. لم يكن لديهم أي فكرة عما إذا كانت التجربة قد نجحت أم لا.

لم تكن لديهم القوة التلسكوبية لعمل صورة ، لكنهم رأوا شيئا ما - شكل أصغر من أفق حدث القوس A *. كان اختراق. نشرت الطبيعة النتائج. هارفارد و M.I.T. دعا Doeleman لتقديم نتائجه. كانت لحظة وصوله.

جنبًا إلى جنب مع مساعديه ، استفاد Doeleman من هذا النجاح الأول في المزيد من وقت التلسكوب. في كل مرة يخرجون فيها ، يضيفون بعض السعة الجديدة ، ويصلون إلى هدف جديد ، ثم يكتبونه في تطبيقات وقت التلسكوب في العام المقبل ومقترحات المنح. النجاحات المتزايدة تفاقمت. انضم المزيد من العلماء المتشابهين في التفكير إلى الفريق كل عام. في يناير 2012 استضافت جامعة أريزونا اجتماع انطلاق رسمي لـ E.H.T. في توكسون. كانت خطة السنوات الثلاث المقبلة هي توسيع المجموعة من ثلاث محطات إلى ثماني محطات. من شأن التلسكوبات الإضافية ، جنبًا إلى جنب مع الإلكترونيات الجديدة التي كانوا يطورونها ، أن تعزز حساسية جهاز E.H.T. 40 مرة. كانوا يعتقدون أن هذا سيكون كافيا للحصول على الصورة الأولى لظل القوس A *. وقد بدأوا للتو في إدراك مقدار ما قد تخبرنا به هذه الصورة.

إن إلقاء نظرة فاحصة على الثقب الأسود سيكون بمثابة نعمة واضحة للعلماء الذين يدرسون أصول ومصائر النجوم والمجرات. يبدو أن المجرات وثقوبها السوداء المركزية تتطور معًا. يمرون بمراحل. في بعض الأحيان ، يقضي الثقب الأسود دهورًا في استنشاق المادة بأسرع ما يمكن فيزيائيًا ، مما يؤدي إلى تحويل هذه المادة إلى طاقة في كارثة طويلة الأمد ، كل لحظة ما يعادل مليارات الأسلحة النووية الحرارية تنفجر في وقت واحد. في هذه المراحل "النشطة" تطلق الثقوب السوداء نفاثات من المادة والطاقة عبر الكون ، وتنظر إلى الكون تمامًا كما تشق الأنهار العظيمة القارات وتبني دلتا. تقرر الثقوب السوداء متى يمكن أن تنمو المجرات المضيفة لنجوم جديدة: عندما تكون في حالة هياج ، ترسل موجات صدمية وتعوي رياحًا كونية ، لا يمكن للنجوم الصغيرة أن تنمو. عندما يستقر الثقب الأسود في حالة سكون ، يتشكل الجيل التالي من النجوم. كيف ولماذا تحدث هذه الأشياء لا يزال لغزا ، والإجابات قد تكون بالقرب من أفق الحدث.

تعد حافة الثقب الأسود أيضًا مكانًا مثاليًا لاختبار نظرية النسبية العامة ، التي حاول العلماء طيلة القرن الماضي كسرها. تصف النسبية العامة الكون على أكبر المقاييس. هناك نظرية أخرى عن الطبيعة ، لا تقل نجاحًا ، غير قابلة للكسر ، وقد تعايشت بشكل غريب جنبًا إلى جنب مع النسبية العامة لمدة قرن: نظرية الكم. نظرية الكم تحكم العالم دون الذري. كلا من النسبية العامة ونظرية الكم تحكم مجالات كل منهما بشكل مثالي. المشكلة هي أنهم يصفون عوالم لا تشبه بعضها البعض.

تتصادم النظريتان بشدة في الثقوب السوداء. نقول ، على سبيل المثال ، أن Sagittarius A * عبارة عن ثقب أسود كتلته أربعة ملايين كتلة شمسية ، مما يعني أن الثقب الأسود "يحتوي" على ما يعادل أربعة ملايين شمس. لكن معادلات أينشتاين تقول إن الجزء الداخلي من الثقب الأسود عبارة عن فراغ ، وأن كل المادة التي سقطت فيها محشوة في سطح كثيف بلا حدود ، وسطح صغير لانهائي في مركز الثقب الأسود يسمى التفرد. هذا لا معنى له ، والعلماء يعرفون ذلك. لفهم ما يحدث عند التفرد ، يحتاج العلماء إلى نظرية الجاذبية الكمية: إطار يوحد النسبية العامة مع نظرية الكم. قد تكشف هذه النظرية ما يحدث ، أو حدث ، في التفردات الأخرى ، بما في ذلك تلك التي أنجبت الكون - الانفجار العظيم. لكن من الصعب التوفيق بين نظريتين متعارضتين إذا لم تجد شيئًا خاطئًا في أي منهما ، وقد اجتازت نظرية الكم ، مثل النسبية العامة ، كل اختبار. نتيجة لذلك ، كان العلماء يبحثون عن مواقف أكثر تطرفًا لاختبار هذه النظريات. قادهم ذلك إلى الثقوب السوداء.

أمضى العلماء سنوات في إنشاء نماذج رياضية ومحاكاة حاسوبية تتنبأ كيف سيبدو القوس A * متى وإذا رأوه. النماذج التي تفترض أن النسبية العامة صحيحة تتنبأ بظل دائري به كتلة تعويض من مادة شديدة الحرارة تدور حولها. إذا تطابق نتائج EH.T. مع هذه التوقعات ، فإنها ستؤكد أن أينشتاين كان لديه المكان والزمان اللذان تم اكتشافهما منذ أكثر من قرن مضى. ولكن إذا لم يتطابقوا - أو إذا لم يظهر الظل على الإطلاق - تصبح الأمور ممتعة حقًا. أي انحرافات ستكون دليلًا على أن معادلات أينشتاين ليست سوى تقريب لقانون فيزيائي أعمق. أكثر من ذلك ، سوف يقدمون أدلة حول هوية هذا القانون الأعمق. وإذا توصل العلماء إلى فهم الطبيعة في جوهرها ، فسيكون ، كما كتب ستيفن هوكينج ذات مرة ، "الانتصار النهائي للعقل البشري - إذًا يجب أن نعرف عقل الله".

في خمس ليال على مدى 10 أيام ، قامت الفرق في المراصد عالية الارتفاع في فرنسا والمكسيك وتشيلي وأريزونا وهاواي والقطب الجنوبي بتتبع برج القوس A * خلال الليل. عندما افتتح E.H.T. انتهى تشغيل المراقبة في 11 أبريل 2017 ، سجل علماء الفلك أكثر من 65 ساعة من البيانات. لقد كانوا محظوظين طوال الأسبوع: طقس صافٍ ، ولا إخفاقات كارثية. قام علماء الفلك في كل من المراصد الثمانية المشاركة بشحن ما مجموعه 1024 قرصًا صلبًا سعة ثمانية تيرابايت تحتوي على حصاد المراقبة إلى مرصد Haystack ومعهد Max Planck لعلم الفلك الراديوي من أجل الارتباط ، ووصلت جميع المحركات بحالة جيدة. ثم غطس مشغلو الارتباط في الضوضاء بحثًا عن الإشارة ، وضبطوا انجراف الساعات الذرية وتذبذب الأرض والشكوك الصغيرة في مواقع التلسكوبات. قاموا بمطاردة المساحات الرياضية المجردة للارتباطات. ووجدوهم واحدا تلو الآخر. كل خيط على شبكة الإنترنت كان سليما. نظرًا لأنهم لم يرغبوا في إثارة آمال كاذبة أو تشجيع التكهنات ، فقد أقسم المتعاونون على السرية.

لأكثر من عام قاموا بمعايرة بياناتهم وتصحيحها وفحصها على أرض الواقع. ثم في يونيو ، أصدروا بيانات Sagittarius A * و M87 النهائية لأربع مجموعات صغيرة مكلفة بصنع الصور. يصنع علماء الفلك الراديوي صورًا عن طريق تغذية بيانات حول الإشعاع الذي لاحظوه للخوارزميات التي تنشئ صورة للجسم الذي أطلقه. إذا كان E.H.T. كانت تلسكوبًا فعليًا بحجم الأرض ، مما يجعل الصور واضحة ومباشرة ، والنتائج واضحة ومباشرة. ولكن لأن E.H.T. هي مجرد بضع نقاط من المرآة على كرة أرضية دوارة ، يمكن لعدد لا حصر له من الصور الممكنة أن يفسر أي مجموعة بيانات معينة. للتأكد من أن الصور التي استخرجوها من بياناتهم تصور ما كان موجودًا بالفعل في السماء ، قاموا بتثبيت الضوابط والتوازنات في عملية التصوير - ومن هنا جاءت المجموعات الأربع المنفصلة. لتجنب تسميم عقول بعضنا البعض - بحيث لا يستطيع أحد دفع مجموعة أخرى عن طريق الخطأ لرؤية ظل ثقب أسود لم يكن موجودًا بالفعل - عملت هذه المجموعات بمعزل عن غيرها ، حيث صنعت صورًا باستخدام خوارزميات وتقنيات مختلفة ، في محاولة جاهدة لتشويه سمعة أي شيء بدا حادًا جدًا ونظيفًا جدًا ومن المحتمل جدًا أن يكون نتاجًا للتفكير بالتمني.

في مرحلة ما خلال الأشهر القليلة المقبلة ، سينتهي علماء الفلك من تحليلهم النهائي ويقدمون نتائجهم إلى مجلة علمية لمراجعة الأقران. إذا كان كل شيء على ما يرام ، فسيتم نشر النتائج ، وبعد ذلك سيرى العالم - شيئا ما.

من الممكن أن نواجه ما يسميه دوليمان سيناريو أنف الله ، حيث يتم التركيز على صورة واضحة لظل الثقب الأسود بسهولة وبسرعة. أو قد تكون الصورة موحلة ومربكة وخاضعة لتفسيرات متعددة. ربما سيكشف شيئًا غير متوقع تمامًا: بعد كل شيء ، لم ير أحد من قبل ثقبًا أسود. حتى الصورة الأصلية الحارقة لظل الثقب الأسود لن تنهي القصة. سيقوم علماء آخرون باختيار الصورة وجميع البيانات المصاحبة لها. هكذا تمشي الامور. ولكن حتى لو لم يوافق أحد على الفور على ما تخبرنا به الصورة الأولى ، فقد يشير وصولها إلى بداية حقبة جديدة - مع الحظ ، حيث يكتسب الناس قوة جذب جديدة في السعي الطويل والمحير لفهم ما يحدث في تلك الأماكن المظلمة حيث ينتهي الزمكان.


كيف التقط العلماء الصورة الأولى للثقب الأسود

أكبر تلسكوب على الإطلاق التلسكوبات في جميع أنحاء العالم ، بما في ذلك ALMA ، مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر في تشيلي (في الصورة) ، تضافرت قواها لإنشاء Event Horizon Telescope ، وهو طبق راديو افتراضي بحجم الأرض تقريبًا.

لوك نوفوفيتش / علمي ألبوم الصور

شارك هذا:

الثقوب السوداء خجولة للغاية من الكاميرا. الثقوب السوداء الهائلة ، المختبئة في مراكز المجرات ، تجعل نفسها مرئية من خلال قذف نفاثات لامعة من الجسيمات المشحونة أو عن طريق القذف بعيدًا أو تمزيق النجوم القريبة. عن قرب ، هذه العملاقة محاطة بأقراص تراكم متوهجة من المواد المتساقطة. ولكن نظرًا لأن الجاذبية الشديدة للثقب الأسود تمنع الضوء من الهروب ، فإن القلوب المظلمة لهؤلاء الضاربين الكونيين الثقلين تظل غير مرئية تمامًا.

لحسن الحظ ، هناك طريقة "لرؤية" ثقب أسود دون النظر إلى الهاوية نفسها. يمكن أن تبحث التلسكوبات بدلاً من ذلك عن صورة ظلية لأفق الحدث للثقب الأسود - المحيط الذي لا يمكن رؤية أي شيء بداخله أو الهروب منه - مقابل قرص التراكم الخاص به. هذا ما فعله Event Horizon Telescope ، أو EHT ، في أبريل 2017 ، حيث جمع البيانات التي أسفرت الآن عن أول صورة لثقب أسود فائق الكتلة ، الموجود داخل المجرة M87.

يقول آفي لوب ، عالم الفيزياء الفلكية بجامعة هارفارد: "لا يوجد شيء أفضل من الحصول على صورة". على الرغم من أن العلماء قد جمعوا الكثير من الأدلة غير المباشرة للثقوب السوداء على مدار نصف القرن الماضي ، إلا أن "الرؤية هي تصديق".

كان إنشاء أول صورة لثقب أسود أمرًا صعبًا. تأخذ الثقوب السوداء جزءًا صغيرًا من السماء ، ويبدو باهتًا جدًا من الأرض. يتطلب مشروع تصوير الثقب الأسود في M87 عمل مراصد في جميع أنحاء العالم جنبًا إلى جنب كطبق راديو افتراضي واحد بحجم الأرض مع رؤية أوضح مما يمكن لأي مرصد منفرد تحقيقه بمفرده.

يتطلب الحصول على الصورة الأولى للثقب الأسود ربط المراصد الراديوية التي تغطي الكرة الأرضية بأكملها تقريبًا في شبكة تسمى Event Horizon Telescope. NRAO / AUI / NSF يتطلب الحصول على الصورة الأولى للثقب الأسود ربط المراصد الراديوية التي تغطي الكرة الأرضية بأكملها تقريبًا في شبكة تسمى Event Horizon Telescope. NRAO / AUI / NSF

وضع "الحل" في الحل

الثقب الأسود الهائل داخل M87 ، الذي يزن حوالي 6.5 مليار ضعف كتلة شمسنا ، ليس زريعة صغيرة. ولكن بالنظر إلى مسافة 55 مليون سنة ضوئية على الأرض ، فإن الثقب الأسود لا يتجاوز عرضه 42 ميكرو ثانية قوسية في السماء. هذا أصغر من برتقالة على سطح القمر يمكن أن تظهر لشخص ما على الأرض. ومع ذلك ، إلى جانب الثقب الأسود في مركز مجرتنا ، القوس A * أو Sgr A * - هدف التصوير الآخر لـ EHT - يعد الثقب الأسود في M87 أكبر صورة ظلية للثقب الأسود في السماء.

اشترك للحصول على أحدث من أخبار العلوم

عناوين وملخصات من أحدث أخبار العلوم من المقالات ، يتم تسليمها إلى بريدك الوارد

فقط تلسكوب بدقة غير مسبوقة يمكنه التقاط شيء بالغ الصغر. (للمقارنة ، يمكن لتلسكوب هابل الفضائي أن يميز أجسامًا صغيرة جدًا تصل إلى 50000 ميكرو ثانية فقط.) تعتمد دقة التلسكوب على قطره: فكلما كان الطبق أكبر ، كان المنظر أوضح - ويتطلب الحصول على صورة واضحة لثقب أسود فائق الكتلة. طبق راديو بحجم الكوكب.

المزيد عن الثقوب السوداء

فعالية أفق التلسكوب التعاون

حتى بالنسبة لعلماء الفلك الراديويين ، الذين ليسوا غرباء عن صنع أطباق كبيرة (SN عبر الإنترنت: 9/29/17) ، يقول لوب ، الذي لم يشارك في مشروع تصوير الثقب الأسود: "يبدو هذا طموحًا جدًا إلى حد ما". "الحيلة هي أنك لا تغطي الأرض بأكملها بمرصد."

بدلاً من ذلك ، تجمع تقنية تسمى قياس التداخل الأساسي الطويل جدًا بين موجات الراديو التي تراها العديد من التلسكوبات في وقت واحد ، بحيث تعمل التلسكوبات معًا بشكل فعال مثل طبق عملاق واحد. قطر هذا الطبق الافتراضي يساوي طول أطول مسافة ، أو خط أساسي ، بين تلسكوبين في الشبكة. بالنسبة إلى EHT في عام 2017 ، كانت تلك هي المسافة من القطب الجنوبي إلى إسبانيا.

تلسكوبات تجميع!

لم يكن EHT دائمًا مجموعة hotshot التي هي عليه اليوم ، على الرغم من ذلك. في عام 2009 ، تلقت شبكة من أربعة مراصد فقط - في أريزونا وكاليفورنيا وهاواي - أول نظرة جيدة على قاعدة إحدى نفاثات البلازما المنبعثة من مركز الثقب الأسود الخاص بـ M87 (SN: 11/3/12 ، ص. 10). لكن مجموعة التلسكوب الصغيرة لم تمتلك بعد القوة المكبرة للكشف عن الثقب الأسود نفسه.

بمرور الوقت ، جندت EHT مراصد راديو جديدة. بحلول عام 2017 ، كانت هناك ثماني محطات مراقبة في أمريكا الشمالية وهاواي وأوروبا وأمريكا الجنوبية والقطب الجنوبي. كان من بين الوافدين الجدد مصفوفة أتاكاما الكبيرة المليمترية / ما دون المليمتر ، أو ALMA ، الواقعة على هضبة عالية في شمال تشيلي. With a combined dish area larger than an American football field, ALMA collects far more radio waves than other observatories.

“ALMA changed everything,” says Vincent Fish, an astronomer at MIT’s Haystack Observatory in Westford, Mass. “Anything that you were just barely struggling to detect before, you get really solid detections now.”

Dream team

These eight radio observatories teamed up in 2017 to work together as a global telescope, called the Event Horizon Telescope network. Their mission: to image a supermassive black hole for the first time. Data from seven were used to create a picture of the black hole inside the galaxy M87 since M87 appears in the northern sky, the South Pole observatory couldn’t see it. Here’s where the observatories are located and how many dishes they contributed to the effort.

H. Calderón/ALMA, ESO, NRAO, NAOJ B. Tafreshi/ESO (APEX) Nicolas Billot/IRAM James Lowenthal/Smith College, UMass Amherst (LMT) David Harvey/Univ. of Ariz. (SMT) Shelbi R. Schimpf (SMA) Daniel Luong-Van/NSF (SPT)

More than the sum of their parts

EHT observing campaigns are best run within about 10 days in late March or early April, when the weather at every observatory promises to be the most cooperative. Researchers’ biggest enemy is water in the atmosphere, like rain or snow, which can muddle with the millimeter-wavelength radio waves that the EHT’s telescopes are tuned to.

But planning for weather on several continents can be a logistical headache.

“Every morning, there’s a frenetic set of phone calls and analyses of weather data and telescope readiness, and then we make a go/no-go decision for the night’s observing,” says astronomer Geoffrey Bower of the Academia Sinica Institute of Astronomy and Astrophysics in Hilo, Hawaii. Early in the campaign, researches are picky about conditions. But toward the tail end of the run, they’ll take what they can get.

When the skies are clear enough to observe, researchers steer the telescopes at each EHT observatory toward the vicinity of a supermassive black hole and begin collecting radio waves. Since M87’s black hole and Sgr A* appear on the sky one at a time — each one about to rise just as the other sets — the EHT can switch back and forth between observing its two targets over the course of a single multi-day campaign. All eight observatories can track Sgr A*, but M87 is in the northern sky and beyond the South Pole station’s sight.

On their own, the data from each observing station look like nonsense. But taken together using the very long baseline interferometry technique, these data can reveal a black hole’s appearance.

وإليك كيف يعمل. Picture a pair of radio dishes aimed at a single target, in this case the ring-shaped silhouette of a black hole. The radio waves emanating from each bit of that ring must travel slightly different paths to reach each telescope. These radio waves can interfere with each other, sometimes reinforcing one another and sometimes canceling each other out. The interference pattern seen by each telescope depends on how the radio waves from different parts of the ring are interacting when they reach that telescope’s location.

M87’s supermassive black hole spits out bright jets of charged subatomic particles that extend thousands of light-years (as seen in this Hubble Space Telescope image). Researchers hope the Event Horizon Telescope’s observations will help uncover the origins of these cosmic light shows. HUBBLE HERITAGE TEAM (AURA/STSCI), NASA

For simple targets, such as individual stars, the radio wave patterns picked up by a single pair of telescopes provide enough information for researchers to work backward and figure out what distribution of light must have produced those data. But for a source with complex structure, like a black hole, there are too many possible solutions for what the image could be. Researchers need more data to work out how a black hole’s radio waves are interacting with each other, offering more clues about what the black hole looks like.

The ideal array has as many baselines of different lengths and orientations as possible. Telescope pairs that are farther apart can see finer details, because there’s a bigger difference between the pathways that radio waves take from the black hole to each telescope. The EHT includes telescope pairs with both north-south and east-west orientations, which change relative to the black hole as Earth rotates.

Pulling it all together

In order to braid together the observations from each observatory, researchers need to record times for their data with exquisite precision. For that, they use hydrogen maser atomic clocks, which lose about one second every 100 million years.

There are a lot of data to time stamp. “In our last experiment, we recorded data at a rate of 64 gigabits per second, which is about 1,000 times [faster than] your home internet connection,” Bower says.

These data are then transferred to MIT Haystack Observatory and the Max Planck Institute for Radio Astronomy in Bonn, Germany, for processing in a special kind of supercomputer called a correlator. But each telescope station amasses hundreds of terabytes of information during a single observing campaign — far too much to send over the internet. So the researchers use the next best option: snail mail. So far, there have been no major shipping mishaps, but Bower admits that mailing the disks is always a little nerve-wracking.

Though most of the EHT data reached Haystack and Max Planck within weeks of the 2017 observing campaign, there were no flights from South Pole until November. “We didn’t get the data back from the South Pole until mid-December,” says Fish, the MIT Haystack astronomer.

Filling in the blanks

Combining the EHT data still isn’t enough to render a vivid picture of a supermassive black hole. If M87’s black hole were a song, then imaging it using only the combined EHT data would be like listening to the piece played on a piano with a bunch of broken keys. The more working keys — or telescope baseline pairs — the easier it is to get the gist of the melody. “Even if you have some broken keys, if you’re playing all the rest of them correctly, you can figure out the tune, and that’s partly because we know what music sounds like,” Fish says. “The reason we can reconstruct images, even though we don’t have 100 percent of the information, is because we know what images look like” in general.

Making music

Imaging a black hole with the Event Horizon Telescope is like listening to a song played on a piano with a bunch of broken keys. As seen in this video, the more working keys — or telescope pairs in the array — you have, the clearer the song. Eventually, with enough working keys (purple and blue), scientists can fill in the blanks to get the gist of the tune. In a similar way, once the EHT had enough telescope pairs collecting data in 2017, imaging software could fill in the gaps in the telescopes’ observations to produce a full image of a black hole.

There are mathematical rules about how much randomness any given picture can contain, how bright it should be and how likely it is that neighboring pixels will look similar. Those basic guidelines can inform how software decides which potential images, or data interpretations, make the most sense.

Before the 2017 observing campaign, the EHT researchers held a series of imaging challenges to make sure their computer algorithms weren’t biased toward creating images to match expectations of what black holes should look like. One person would use a secret image to generate faux data of what telescopes would see if they were peering at that source. Then other researchers would try to reconstruct the original image.

“Sometimes the true image was not actually a black hole image,” Fish says, “so if your algorithm was trying to find a black hole shadow … you wouldn’t do well.” The practice runs helped the researchers refine the data processing techniques used to render the M87 image.

Black holes and beyond

So, the black hole inside M87 finally got its closeup. Now what?

The EHT’s black hole observations are expected to help answer questions like how some supermassive black holes, including M87’s, launch such bright plasma jets (SN Online: 3/29/19). Understanding how gas falls into and feeds black holes could also help solve the mystery of how some black holes grew so quickly in the early universe, Loeb says (SN Online: 3/16/18).

The EHT could also be used, Loeb suggests, to find pairs of supermassive black holes orbiting one another — similar to the two stellar mass black holes whose collision created gravitational waves detected in 2015 by the Advanced Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, or Advanced LIGO (SN: 3/5/16, p. 6). Getting a census of these binaries may help researchers identify targets for the Laser Interferometer Space Antenna, or LISA, which will search from space for gravitational waves kicked up by the movement of objects like black holes (SN Online: 6/20/17).

Besides imaging solo supermassive black holes, the Event Horizon Telescope could also search for supermassive black hole binaries, which would be targets for a space-based gravitational wave observatory called the Laser Interferometer Space Antenna. Aurore Simonnet/Sonoma State, MIT, Caltech, LIGO

The EHT doesn’t have many viable targets other than supermassive black holes, says astrophysicist Daniel Marrone, at the University of Arizona in Tucson. There are few other things in the universe that appear as tiny but luminous as the space surrounding a supermassive black hole. “You have to be able to get enough light out of the really tiny patches of sky that we can detect,” Marrone says. “In principle, we could be reading alien license plates or something,” but they’d need to be super bright.

Too bad for alien seekers. Still, even if the EHT is a one-trick pony, spying supermassive black holes is a pretty neat trick.

Questions or comments on this article? E-mail us at [email protected]

A version of this article appears in the April 27, 2019 issue of Science News.


Sync your calendar with the solar system

Never miss an eclipse, a meteor shower, a rocket launch or any other astronomical and space event that's out of this world.

“Honestly, it was a dream come true,” Sandra Bustamante, a telescope instrumentalist who worked on the project, said in an interview this week.

Feryal Ozel, an astronomy and astrophysics professor at the University of Arizona who was on the science council for the project, first published a paper on black hole imaging in 2000. She called the unveiling “a sweet moment that’s been a long time in the making.”

In an interview on Thursday, Dr. Ozel said that it was exciting to see people interested in the role of women in science, but she highlighted the contributions of other women and men. That included one of her male graduate students, who took multiple trips to the South Pole, where one of the telescopes was located.

“I think giving credit to any single individual — whether this is a woman or man, young or old — harms the collaboration,” she said.

Penn Sheppard, who works with Girls Inc., an organization that empowers young women and offers after-school programming to support girls learning in science, technology, engineering and math, said that Dr. Bouman’s story resonated in an industry in which women are underrepresented — and in a world in which their scientific contributions have historically gone unacknowledged.

“It was an opportunity to see an accomplished woman play a significant role, and being acknowledged in that role,” she said. “That’s significant because girls and young boys are starting to see that women are scientists — not just you can be, but you are.”

Ms. Issaoun said she also wanted to celebrate the success of a diverse collaboration of scientists, but she said she understood why the photo of Dr. Bouman went viral.

“We love this photo too, because she looks so happy,” said Ms. Issaoun, who said she got shivers when she saw the image of a black hole. “I think her expression really captures how we all felt when we first saw it.”


Thoughts from a Planetarian: Why Take a Picture of a Black Hole

As you have probably seen we took a picture of a black hole. If not, it looks like this.

This is the first week that I’ve been back in the planetarium talking with guests about it, and it seems like people are generally psyched about it. But I’ve received a question a few times that has kinda stuck with me. Put simply it’s the question:

لماذا take a picture of a black hole?”

Which was, for me, surprisingly difficult to answer. We’ve known about black holes since the fifties, and the math suggesting their existence (general relativity) goes back even further—to 1918! We had clear evidence for a black hole in the center of our galaxy, and we had identified binary systems such as Cygnus X-1 that clearly included black holes. The consensus in the scientific community is that these things are real and we even know where a bunch of them are. The math that proves they exist is one of the most rigorously tested (and successful) theories of all time. So, long story short, we took a picture of a thing we already knew was there, and it looked exactly as we thought it would. Neat, I guess.

So again, why is it a big deal?

أود مثل to say it’s because it’s proof that black holes are real, but we already knew that.

أود مثل to say it’s because it’s a new and powerful technology, but in that case it wouldn’t matter what image we captured.

The real reason it’s important is because, as we know so well here at Morrison, humans are visual animals.

We had models of black holes long before this, and knew exactly what the picture would look like—but up until this point it was always with the caveat of *artist’s interpretation or *based on models. And that’s just not good enough for us. The caveats shouldn’t matter—our computers (and the maths they use) are so much better than our brains. نحن ينبغي trust them. But we don’t. ليس صحيحا.

Instead we used eight of our most powerful telescopes to take a picture of a thing in all kinds of ways we don’t normally see (from low energy radio up through X-rays) and then threw in some hideously complicated math just to reproduce what it would look like if we were close enough so our feeble eyes could see an image and for some reason that means more than all the models in the world ever could.

And the picture we ended up with is so similar to our models and the procedure so convoluted that I wouldn’t be able to pull it out from a lineup of fakes. Yet knowing that at some level, it came from real data makes all the difference.

Scientists long ago moved away from eyewitness testimony—in theory. In practice it seems like we still have quite a ways to go.


Why not take a picture of a closer black hole? - الفلك

“You need to be able to tell the difference between one wave front and the next, and if the next wave front is 1.3 mm behind and traveling at the speed of light, then you need to reliably distinguishing between events 4 picoseconds apart (4 trillionths of a second). So, every telescope needs a shiny new atomic clock and a really fast camera. You begin to get a sense of why the data consolidation looks more like a cargo shipment than an email attachment trillions of snapshots every second of not just the waves you’re looking for, but also the waves that will cancel out once all the data is processed. Add to that the challenge of figuring out (generally after the fact) where every detector is to within a fraction of a millimeter even as their orientation changes and the Earth rotates, and you’ve got a problem.”

Just stupefyingly complex and amazing!

For a wavelength of 1.3 mm, weɽ want the time tagging to be better than a quarter of the wavelength at least - say 0.3 mm. The speed of light is 300 mm/ns (a foot per nanosecond is the shorthand beloved of circuit and chip designers). So, for 0.3 mm, we're going to have to get down to a wavefront tagging accuracy of 0.001 ns.

No clock is going to get there, but if we can get

close enough, we can use a procedure called fringe fitting to determine the clock corrections by looking at the wavefronts. (Does it line up this way? How about this way? How about now? Yes, it's as laborious as it sounds, but computers, eh.)

This is all in the calibration of data, before we do the Fourier inversion to create images - the magic of radio interferometry is that we can record the signal to disk while preserving phase. Optical photons can not be recorded and played back with phase preserved - optical interferometry has to split up the photon streams and send different parts to be correlated against streams from other telescopes, so you run out of signal quickly. Meanwhile, we can record radio waves at the 27 VLA dishes, say, and play them back for correlation on all 27*26˲ = 354 baselines, no problem. That's why radio VLBI is a thing, but not optical VLBI.

Even as a professional radio astronomer, the underlying physics is deep and almost magical.

Hi, long baseline optical interferometrist here who specializes in modeling and image reconstruction.

To set the record straight, long baseline optical interferometry really هو a thing. At present there are two optical interferometers operating in the USA and one under construction: Georgia State University's Center for High Angular Resolution Astronomy (CHARA), and the Navy Precision Optical Interferometer (NPOI), and New Mexico Tech's Magdalena Ridge Optical Interferometer (MROI, under construction). Europe operates the Very Large Telescope Interferometer (VLTI) in Chile. Australia has the Sydney University Stellar Interferometer (SUSI). Optical interferometers have been around for a really long time. Michelson famously measured the diameter of Betelgeuse in December 1920. The first image from an optical interferometer was of Capella produced by the University of Cambridge's COAST telescope in September 1995.

The key difference between VLBI and optical interferometry is that we must combine the light from each telescope in real time, rather than recording the RF data to disk and forming the interference patterns later using correlation. Our interference patterns are recorded on high speed cameras, extracted, calibrated, and then stored as OIFITS files. These files are then later reconstructed using a variety of methods, including Markov chain processes and regularized maximum entropy.

Except for the CLEAN deconvolution process, the methods used to reconstruct images from the EHT data are identical to what optical interferometry has been doing for decades (see https://iopscience.iop.org˺rticle⼐.3847�-8213�, Section 2.2.2 for references to literature). The maximum entropy process used for optical interferometric image reconstruction was, in turn, developed for MRI image reconstruction.

Don't get me wrong, I am not attempting to trivialize the result of the EHT team. The effort involved is monumental and the result is astonishing. In fact, I suspect my facial expression was very similar to Katie Bouman's now famous photo when I first saw the image. Then my jaw hit the floor when I found that some of my work (Baron, Monnier, Kloppenborg 2010) was cited in their imaging paper! However, my first inspection of the "eht-imaging" and "SMILI" repositories has yet to reveal anything new or novel that is not regularly employed by optical interferometrists.


Scientists Convene to Take a Picture of the Supermassive Black Hole at the Center of the Milky Way

It might sound like science-fiction, but on Wednesday January 18th, astronomers, physicists, and scientists will convene in Tucson, Arizona, to discuss a feat that would have been considered ludicrous just a couple of years ago. They plan on taking a picture of a black hole.

The conference is being organized by Dimitrios Psaltis, an associate professor of astrophysics at the University of Arizona’s Steward Observatory, and Daniel Marrone, an assistant professor of astronomy at Steward Observatory.

Today’s technological means, which weren’t as advanced even 5 years ago, will give the team a chance at succeeding. The existence of black holes has been supported by observations and measurements, but it has never been possible to directly observe one. Black holes are the most extreme environment in the universe, making them eerily difficult to observe directly.

The gravity field surrounding a black hole is so great that it swallows up anything within its reach. Not even light can escape, which means that black holes don’t emit any light. They blend into the void of nothingness in the background of the universe.

The dust and gas that swirls around a black hole compresses into a plasma, heated to a billion degrees or more, causing it to glow and radiate energy, which is detectable. This means that the event horizon of the black hole could be observed. There is indirect evidence that there is a supermassive black hole at the center of the Milky Way, weighing one to four million times the mass of Sol, but from 26,000 light years away, it appears to be about the same size as a grapefruit on the moon.

To that end, the team wants to turn 50 radio telescopes scattered around the world, including the Submillimeter Telescope on Mt. Graham in Arizona, telescopes on Mauna Kea in Hawaii and the Combined Array for Research in Millimeter-Wave Astronomy, into a giant telescope. The global array will include many radio telescopes in Europe. The virtual telescope will have a mirror the size of the Earth. Every year, they plan on adding more telescopes, gradually sharpening the image of the black hole.

General Relativity predicts that the event horizon must be a perfect circle. If the shadow is oblate instead of circular, it means that Einstein’s Theory of General Relativity must be flawed in some fashion. The theory has never been tested at such field strengths before.

The data will be recorded onto hard drives, which will be collected and sent to a central processing center at MIT’s Haystack Observatory.


Black hole picture captured for first time in space breakthrough

Astronomers have captured the first image of a black hole, heralding a revolution in our understanding of the universe’s most enigmatic objects.

The picture shows a halo of dust and gas, tracing the outline of a colossal black hole, at the heart of the Messier 87 galaxy, 55m light years from Earth.

What are black holes?

Black holes were first predicted by Einstein’s theory of general relativity, which reimagined gravity as the warping of space and time by matter and energy.

The equations predicted that, beyond a certain threshold, when too much matter or energy is concentrated in one place, space and time collapse, leaving behind a sinkhole through which light and matter can enter but not escape.

At first these were thought to be mathematical oddities, rather than real astronomical objects, but in the past century overwhelming evidence has confirmed that black holes are out there.

The edge of the black hole is defined by its so-called event horizon. This is the point at which escaping would require something to travel at faster than the speed of light – which as far as we know nothing does – so it is the point of no return.

Black holes are surrounded by an accretion disk of dust and gas, orbiting at close to the speed of light. A lot of this material is destined for oblivion, although some of it is ejected as powerful jets of radiation.

The black hole itself – a cosmic trapdoor from which neither light nor matter can escape – is unseeable. But the latest observations take astronomers right to its threshold for the first time, illuminating the event horizon beyond which all known physical laws collapse.

The breakthrough image was captured by the Event Horizon telescope (EHT), a network of eight radio telescopes spanning locations from Antarctica to Spain and Chile, in an effort involving more than 200 scientists.

Sheperd Doeleman, EHT director and Harvard University senior research fellow said: “Black holes are the most mysterious objects in the universe. We have seen what we thought was unseeable. We have taken a picture of a black hole.”

Astronomers reveal first-ever picture of a black hole – video

France Córdova, director of the US National Science Foundation and an astrophysicist, said that the image, which she had only seen as it was unveiled at the press briefing she was chairing, had brought tears to her eyes. “We have been studying black holes for so long that sometimes it’s easy to forget that none of us has seen one,” she said. “This will leave an imprint on people’s memories.”

The image gives the first direct glimpse of a black hole’s accretion disc, a fuzzy doughnut-shaped ring of gas and dust that steadily “feeds” the monster within.

The EHT picks up radiation emitted by particles within the disc that are heated to billions of degrees as they swirl around the black hole at close to the speed of light, before vanishing down the plughole.

The halo’s crescent-like appearance in the image is because the particles in the side of the disc rotating towards Earth are flung towards us faster and so appear brighter. The dark shadow within marks the edge of the event horizon, the point of no return, beyond which no light or matter can travel fast enough to escape the inexorable gravitational pull of the black hole.

Black holes were first predicted by Einstein’s theory of relativity – although Einstein himself was sceptical that they actually existed. Since then, astronomers have accumulated overwhelming evidence that these cosmic sinkholes are out there, including recent detection of gravitational waves that ripple across the cosmos when pairs of them collide.

But black holes are so small, dark and distant that observing them directly requires a telescope with a resolution equivalent to being able to see a bagel on the moon. This was once thought to be an insurmountable challenge.

The EHT achieved the necessary firepower by combining data from eight of the world’s leading radio observatories, including the Atacama Large Millimetre Array (Alma) in Chile and the South Pole Telescope, creating an effective telescope the size of the Earth.

When observations were launched in 2017, the EHT had two primary targets. First was Sagittarius A*, the black hole at the centre of the Milky Way, which has a mass of about 4m suns. The second target, which yielded the image, was a supermassive black hole in the galaxy M87, into which the equivalent of 6bn suns of light and matter has disappeared.

The collaboration is still working on producing an image of the Milky Way’s black hole. “We hope to get that very soon,” said Doeleman.

The success of the project hinged on clear skies on several continents simultaneously and exquisite coordination between the eight far-flung teams. Observations at the different sites were coordinated using atomic clocks, called hydrogen masers, accurate to within one second every 100 million years. And, on one night in April 2017, everything came together. “We got super lucky, the weather was perfect,” said Ziri Younsi, a member of the EHT collaboration who is based at University College London.

The sheer volume of data generated was also unprecedented – in one night the EHT generated enough data to fill half a tonne of hard drives. This meant waiting for half a year for the South Pole data, which could only be shipped out at the end of Antarctic winter.

The observations are already giving scientists new insights into the weird environment close to black holes, where gravity is so fierce that reality as we know it is distorted beyond recognition.


2 إجابات 2

There was a mention of Sagittarius A* during the Q+A portion of the press conference the team indicated that they hope to produce an image sometime in the future (although they were careful to make no promises, and they're not assuming they'll be successful).

بعد قولي هذا ، لست مندهشًا تمامًا لأننا انتهينا من رؤية M87 ، بدلاً من Sgr A * ، لعدة أسباب ذكرها الفريق في ورقتهم الأولى:

  • كما قال Glorfindel ، فإن أفق حدث Sgr A * أصغر بكثير ، مما يعني أن المادة التي تدور حول الثقب الأسود لها فترة مدارية أقصر. هذا يساهم في التباين في الجدول الزمني للدقائق. تمت ملاحظات M87 على مدار أسبوع - تقريبًا النطاق الزمني الذي يتغير فيه هذا الهدف ، مما يعني أن المصدر يجب ألا يتغير بشكل كبير خلال ذلك الوقت.
  • ثانيًا - وهذا هو السبب الذي رأيته في كثير من الأحيان - يقع Sgr A * في مركز مجرتنا ، وتتراكم بيننا وبيننا سحب كثيفة من الغاز والغبار. ينتج عن ذلك تشتت ، وهي مشكلة. هناك طرق للتخفيف من هذا بالطبع ، وقد أمضى الفريق وقتًا طويلاً في هذا الأمر ، ولكن من الأسهل مجرد النظر إلى الثقب الأسود الذي لا يعاني من هذه المشكلة في المقام الأول. هذا هو السبب في أن الثقب الأسود لـ M87 هو هدف جذاب.

لا توجد عقبات من المستحيل التغلب عليها ، لكنها بالتأكيد صعوبات حقيقية للغاية لا يمكن تجاهلها.

$begingroup$
@curiousdannii I'd gotten definite information only the day before saying that it was going to be just M87, but I hadn't heard anything but rumors before that. Out of curiosity, where did you hear the reports?
$endgroup$
– HDE 226868 ♦
في الامس

لقد وجدت تفسيرًا باللغة الهولندية هنا من قبل Heino Falcke ، أحد مؤسسي EHT. ترجمة:

يصعب تصويره

كان من الأسهل التقاط صورة لـ M87. "من الصعب جدًا تصوير الثقب الأسود في مجرتنا درب التبانة ، لأن المادة من حوله تتحرك بسرعة كبيرة: تدور الدوامة حول محورها في 20 دقيقة. قارنها بطفل صغير عليه الجلوس ساكنًا لساعات حتى يتم تصويره: هذا غير ممكن. مع M87 ، يدور الأمر حول الفتحة في غضون يومين ، لذلك من السهل التصوير "، كما يقول فالك.


(النص الأصلي كما يلي :)

Lastig te fotograferen

Het lukte het beste om een ​​foto te maken van M87. "Het is heel lastig om het zwarte gat in onze Melkweg op de foto te zetten، doordat de materie daaromheen heel snel beweegt: de draaikolk draait in 20 minuten om zijn as. Vergelijk het met een kleuter die urenlang stil foto zitten te gaan: dat gaat niet. Bij M87 draait de materie in twee dagen om het gat heen، dus dat is makkelijker te fotograferen "، zegt Falcke.



About IRD Glass

For over 37 years, IRD Glass has done things that virtually no one else has with glass and ceramics, and that’s largely because we incorporate lean principles into the R&D process and use a unique cell-based manufacturing approach with small, dedicated teams work on individual client projects.

Our dedication to continual improvement and to taking care of our employees is why we have become a sole-source provider to both large and small corporations across the planet.


شاهد الفيديو: how to stop taking things personally?? animated video (شهر نوفمبر 2022).