gov-civil-vilareal.ptNaar beneden turen langs de klif van oneindigheid: het eerste beeld van de waarnemingshorizon van een zwart gat
>Voor het eerst in de menselijke geschiedenis hebben astronomen de kracht van telescopen van over onze hele planeet gecombineerd om een beeld te creëren dat de waarnemingshorizon van een zwart gat laat zien.
verslavende games in de app store
De verzamelde array heet de Event Horizon-telescoop , en in de loop van vier nachten in april 2017 merkte het op: het superzware zwarte gat in het hart van M87 , een elliptisch sterrenstelsel in de Maagd-cluster, 55 miljoen lichtjaar van de aarde.
Wat ze zagen is, nou ja, adembenemend:
Het allereerste beeld van de waarnemingshorizon van een superzwaar zwart gat. Dit toont het silhouet van een zwart gat met een massa van 6,5 miljard keer die van de zon, gelegen in de kern van het sterrenstelsel M87, 55 miljoen lichtjaar verwijderd van de aarde. Credit: NSF
Ik wil hier heel voorzichtig zijn, want dit beeld is iets gecompliceerder dan alleen een ring van licht met het zwarte gat in het midden, en de fysica erachter is behoorlijk heftig.
Voor alle duidelijkheid, je ziet het zwarte gat zelf niet echt. Dat cirkelvormige gat in het midden van de ring is niet het zwarte gat, maar echt een effect van zijn zwaartekracht. Het wordt de schaduw van het zwarte gat genoemd, maar ik beschouw het meer als zijn verhulapparaat: de zwaartekracht buigt het licht van het materiaal eromheen, stuurt het naar ons toe en laat een gat achter waar het zwarte gat zelf is. Misschien is de beste manier om het te beschrijven als de silhouet van de zwaartekracht van het zwarte gat.
Deze video zou je een idee moeten geven van het effect:
Wat overblijft is een bolvormig gebied in de ruimte waar binnenin niets naar buiten kan komen. Het oppervlak van deze bol, als je er zo over denkt, heet de gebeurtenishorizon (omdat elke gebeurtenis die erin plaatsvindt, buiten je horizon ligt en niet kan worden gezien). Maar gewoon buiten het, de zwaartekracht is intens sterk, maar niet onmogelijk. Een foton, een deeltje van licht, dat in de buurt van die limiet komt maar er nog steeds buiten ligt, zal zijn pad aanzienlijk verbogen hebben, maar het kan ontsnappen.
De grootte van de waarnemingshorizon hangt af van de massa van het zwarte gat. Als je de wiskunde doet - voor het eerst berekend door Einstein in het begin van de 20e eeuw - zul je ontdekken dat als je de zon samendrukt tot een zwart gat, deze 6 kilometer in diameter zou zijn. Let wel, de zon is nu 1,4 miljoen km in doorsnee! Dus je moet objecten ongelooflijk klein en dicht maken om zwarte gaten te worden.
We denken nu dat elk groot sterrenstelsel in het heelal een superzwaar zwart gat in het centrum heeft, met miljoenen of zelfs miljarden keren de massa van de zon. De Melkweg heeft er bijvoorbeeld een die meer dan 4 miljoen keer de massa van de zon heeft.
waarom is hardcore henry beoordeeld als r
M87 is een elliptisch sterrenstelsel in het hart van de Maagd Cluster, een verzameling van honderden sterrenstelsels verspreid over de hemel tussen de sterrenbeelden Leeuw en Maagd. Het is een enorm sterrenstelsel, helder genoeg om alleen met een verrekijker te worden gezien, ook al is het 55 miljoen lichtjaar verwijderd.
Het is ook een actieve melkweg : In tegenstelling tot het superzware zwarte gat in de Melkweg, slokt het gat in het centrum van M 87 actief materie op. Materiaal, voornamelijk gas en stof, valt erin en vormt een platte schijf, een accretieschijf genaamd, die net buiten de waarnemingshorizon begint en zich over vele miljarden kilometers uitstrekt. De snelheid waarmee het ronddraait, hangt af van de afstand tot de waarnemingshorizon; dingen die heel dichtbij zijn, bewegen bijna met de snelheid van het licht, terwijl dingen die verder weg zijn langzamer zijn.
De basiscomponenten van een actief zwart gat inclusief de waarnemingshorizon, accretieschijf en jet. Credit: DAT
Omdat het materiaal tegen elkaar wrijft, genereert het wrijving en dat genereert op zijn beurt warmte. EEN kavel van warmte. Zoals een kavel heel veel. Stel je voor dat je je handen tegen elkaar wrijft met de snelheid van het licht! Het materiaal in de schijf wordt verwarmd tot miljoenen graden, en dat hete dingen gloeien fel en zenden enorme hoeveelheden licht uit.
Dat is het materiaal dat je ziet in de afbeelding van de Event Horizon Telescope*. Dit zorgt voor een achtergrondgloed rondom het zwarte gat. Maar de zwaartekracht van het zwarte gat vervormt het en buigt het pad dat het licht aflegt. Licht van materiaal achter het zwarte gat wordt gebogen in de omgeving van het, zodat we het echt kunnen zien! Hoe dichter bij het zwarte gat, hoe meer het wordt gebogen, totdat, precies aan de omtrek van de waarnemingshorizon gezien vanaf de aarde, geen licht meer te zien is. Daarom ziet dat deel er donker uit.
Het pad van licht rond een zwart gat wordt ernstig vervormd door de zwaartekracht. In dit diagram staat de aarde aan de rechterkant en licht van materiaal achter het zwarte gat wordt naar ons toe gebogen, waardoor een gat overblijft waar het zwarte gat zelf is. Credit: Nicolle R. Fuller/NSF
wat is de classificatie van spider man homecoming
Maar wacht! Er is meer!
Er is een effect genaamd relativistische stralen , veroorzaakt door de ongelooflijk snelle beweging van het materiaal terwijl het net buiten het zwarte gat draait. Als je een gloeilamp voor je houdt, breidt het licht zich uit in een bol, in alle richtingen, maar als die gloeilamp met de snelheid van het licht beweegt, lijkt het licht dat we eruit zien uitgestraald te worden, als een zaklamp , gericht in de richting waarin het beweegt. Dit bizarre effect houdt in dat een object dat met bijna de snelheid van het licht naar je toe komt, helderder lijkt, omdat meer van zijn licht op jou is gericht, en iets dat weg beweegt donkerder lijkt, omdat het licht van je af is gericht.
Kijk nu nog eens naar de afbeelding van de Event Horizon Telescope. Zie je hoe het spul aan de onderkant van de ring helderder is dan het spul aan de bovenkant? Dat komt door relativistisch stralen! Het materiaal aan de onderkant gaat naar ons toe, en helderder dan het materiaal aan de bovenkant, dat van ons af gaat. Dat vertelt ons in welke richting de accretieschijf draait. Het zwarte gat zelf draait ook, in dezelfde zin als de schijf, dus dat vertelt ons ook dat vanuit ons gezichtspunt het zwarte gat met de klok mee draait.
Ik zal niet tegen je liegen: toen ik voor het eerst naar dat beeld keek en me realiseerde wat ik zag, stond het haar in mijn nek overeind.
De acht telescopen over de aarde die de Event Horizon Telescope vormen. Krediet: Universiteit van Arizona / Dan Merrone
De technologie waarmee astronomen deze afbeelding konden maken, is ongelooflijk. Ze gebruikten acht verschillende telescopen over de hele wereld - Arizona, Chili, Mexico, Spanje, Hawaï en Antarctica - om het zwarte gat van M87 te observeren. Deze telescopen zien optisch licht niet zoals onze ogen, maar zijn in plaats daarvan gevoelig voor licht in het millimetergolflengtebereik, dichter bij radiogolven dan optisch licht . Deze millimetergolven reizen met de snelheid van het licht (omdat ze licht zijn) en bereiken de telescopen op iets verschillende tijdstippen. Elke telescoop observeert deze golven zorgvuldig, en als je die informatie combineert, is het alsof je een virtuele telescoop hebt ter grootte van de ruimte tussen de twee observatoria.
Dit heet interferometrie . Wanneer je de golven combineert die je op twee locaties ziet, interfereren ze constructief en destructief met elkaar, waardoor franjes ontstaan. Het is alsof je in een badkuip klotst; de toppen van de golven voegen zich soms samen en spatten uit het bad, terwijl de troggen samen het waterniveau om je heen laten dalen. Die combinaties van toppen en dalen zijn de franjes. In een interferometrische telescooparray kan de informatie in alles dat kan worden omgedraaid, achteruit worden gewerkt om een beeld te creëren van het beeld dat de golven naar jou stuurt. Het is zeer complex werk en gemakkelijker bij langere golflengten, daarom werden millimetergolftelescopen gebruikt (optisch licht heeft een veel, veel kortere golflengte, en dus is optische interferometrie veel moeilijker).
geluksgetallen
Wanneer dit allemaal wordt gecombineerd, fungeert de Event Horizon Telescope als een enkele schotel de grootte van onze planeet . Zo kon het elk detail in het zwarte gat van M87 zien. Ook al is het immens, 40 miljard kilometer breed, het is 55 miljoen lichtjaar verwijderd, dus vanaf de aarde is het slechts ongeveer vier miljardsten van een graad in grootte!
De maan aan de hemel is een halve graad breed, dus dit beeld van een zwart gat is equivalent om een knikker op de maan te zien . Of beter gezegd, een zwarte knikker met een gloeiende rubberen band eromheen.
Dit is een fenomenale prestatie, echt een nieuw tijdperk in de astronomie. We zien al tientallen jaren de effecten van zwarte gaten: materiaal dat eromheen draait en woest heet wordt; bundels materie en energie schieten van hen weg terwijl het belachelijk sterke magnetische veld in de accretieschijf materiaal afscheurt en het met enorme snelheid wegslingert; en zelfs de effecten van het superzware zwarte gat van ons eigen melkwegstelsel op de sterren eromheen, terwijl we in realtime kijken terwijl ze er met hoge snelheid omheen draaien.
En we zijn in de fysica van zwarte gaten gedoken dankzij de vergelijkingen die gedurende vele decennia door briljante geesten zijn uitgewerkt, leren hoe ze ruimte en tijd vervormen, wat er dichtbij de waarnemingshorizon gebeurt, wat er daarbuiten gebeurt, en soms zelfs uitzoeken wat binnen gebeurt.
Maar dit is de eerste keer dat we de waarnemingshorizon van een zwart gat hebben gezien. En vanaf hier wordt het beter; er zullen meer telescopen worden toegevoegd om een betere resolutie te krijgen, verschillende waargenomen golflengten zullen meer informatie uit wat we zien persen, en, nog cooler, meer zwarte gaten - inclusief de onze in het centrum van de Melkweg - zullen op deze manier onder de loep worden genomen .
Zwarte gaten zijn donker, maar hun toekomst is erg rooskleurig.
* Opmerking: de Event Horizon-telescoop heeft ook naar het zwarte gat in het centrum van ons melkwegstelsel gekeken, maar het is veel moeilijker om er een afbeelding van te maken vanwege de veranderlijkheid ervan, waarbij de helderheid op een schaal van uren en dagen verandert. Het M87 zwarte gat is stabieler, dus makkelijker in beeld te brengen. Door een gril van geometrie is het ongeveer 1600 keer groter dan ons zwarte gat, maar ongeveer 2000 keer verder weg, dus het lijkt ongeveer even groot als het onze vanaf de aarde.
