Ιστορική πρώτη φωτογραφία μαύρης τρύπας

Στο κέντρο του φωτεινού δίσκου η σκιά της μαύρης τρύπας στην καρδιά του γαλαξία Μ87. Σύμφωνα με τις επιστημονικές ανακοινώσεις ένα μέρος του φωτεινού δίσκου ίσως οφείλεται σε ύλη που περιστρέφεται με τη φορά των δεικτών του ρολογιού, όπως φαίνεται από τη Γη. Το φως του δίσκου προέρχεται κυρίως από ακτίνες φωτός άστρων πίσω και γύρω από την υπερμεγέθη μαύρη τρύπα, που καμπυλώνονται από το τεράστιο βαρυτικό πεδίο της υπερμεγέθους μαύρης τρύπας και σχηματίζουν τη σιλουέτα της

Μια φωτογραφία. Οχι τόσο εντυπωσιακή όσο οι καλλιτεχνικές απεικονίσεις, αλλά για πρώτη φορά φωτογραφία και όχι φαντασία. Εστω κι αν δεν προέκυψε από μια συμβατική φωτογραφική μηχανή τοποθετημένη απέναντι στο φωτογραφιζόμενο θέμα, αλλά από την επεξεργασία «τόνων» δεδομένων μιας συστοιχίας 8 ραδιοτηλεσκοπίων διασπαρμένων σε όλη την υδρόγειο, έτσι που η Γη ολόκληρη να γίνει ο φακός ενός τεράστιου εικονικού τηλεσκοπίου. Ενός τηλεσκοπίου, που επέκτεινε την ανθρώπινη όραση πολύ πολύ μακριά, έως ένα από τα πιο παράξενα και σκοτεινά αντικείμενα του σύμπαντος, το οποίο είχε προβλεφθεί έναν αιώνα νωρίτερα από τον Αλμπερτ Αϊνστάιν.
Ξέραμε για τις μαύρες τρύπες ό,τι προέβλεπε η Γενική Θεωρία της Σχετικότητας και οι επιστήμονες ταίριαζαν αστρονομικές παρατηρήσεις αποδίδοντάς τες σε κάτι που δεν μπορούσαν να παρατηρήσουν απευθείας. Τέτοιες αστρονομικές παρατηρήσεις οδήγησαν στον εντοπισμό της τεράστιας μαύρης τρύπας στο κέντρο του γαλαξία Μ87, που ακριβώς επειδή είναι τόσο μεγάλη και τόσο μακριά, άρα φαινομενικά ακίνητη στον ουρανό, αποτέλεσε ιδανικό στόχο για το διεθνές Τηλεσκόπιο Ορίζοντα Γεγονότων (EHT). Γιατί την ίδια τη μαύρη τρύπα εξ ορισμού δεν μπορούμε να τη δούμε. Μπορούμε να δούμε μόνο τη σκιά της στο ουράνιο υπόβαθρο. Τίποτα δεν διαφεύγει από τη βαρυτική της έλξη, ούτε καν το φως που ίσως εκπέμπει. Γι' αυτό είναι μαύρη, το πιο μαύρο που υπάρχει.

Σκιά μέσα στο φως

Ο πίδακας πλάσματος του γαλαξία Μ87 σχηματίζεται από υλικά που εκτοξεύονται υπό την επίδραση της μαύρης τρύπας στο κέντρο του. Το πλάσμα (ιονισμένη κατάσταση της ύλης) κινείται με ταχύτητα που πλησιάζει εκείνη του φωτός και το μήκος του πίδακα φτάνει τα 5.000 έτη φωτός

Εκείνο που μπορούμε να δούμε είναι το περιβάλλον γύρω από τον ορίζοντα γεγονότων, δηλαδή το χώρο γύρω από τη μαύρη τρύπα, όπου κατά διαστήματα ύλη από κοντινά άστρα στροβιλίζεται με τεράστια ταχύτητα, υπερθερμαίνεται και εκπέμπει ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, λίγο πριν βυθιστεί μέσα στο «τέρας». Μπορούμε να δούμε και το φως άστρων που υπάρχουν πίσω και δίπλα από τη μαύρη τρύπα, το οποίο καμπυλώνεται κάτω από την επίδραση του τεράστιου βαρυτικού της πεδίου και φτάνει έως τα μάτια μας, σχηματίζοντας γύρω της ένα φωτεινό δαχτυλίδι. Αντίθετα με εκείνη του Μ87, η μαύρη τρύπα στο κέντρο του δικού μας Γαλαξία (θεωρείται ότι πρόκειται για την πηγή ακτινοβολίας γνωστή ως Τοξότης Α*, με το * να συμβολίζει ουράνιο σώμα ειδικού ενδιαφέροντος), η οποία αποτελεί επίσης στόχο του EHT, είναι χίλιες φορές μικρότερη και πολύ πιο κοντά μας, άρα όχι τόσο «ακίνητη» στον ουρανό. Γι' αυτό έως τώρα δεν στάθηκε δυνατό να εντοπιστεί.
Η ονομασία ορίζοντας γεγονότων (απ' όπου και το όνομα του τηλεσκοπίου) δόθηκε επειδή πέρα από αυτό το όριο και προς το κέντρο της μαύρης τρύπας δεν μπορούμε να διαπιστώσουμε τι συμβαίνει, αφού τίποτα δεν μπορεί να ξεφύγει και να μας μεταφέρει σχετική πληροφόρηση. Ενα σώμα που πλησιάζει τον ορίζοντα γεγονότων φαίνεται για τον εξωτερικό παρατηρητή να επιβραδύνεται και ουσιαστικά να μην μπαίνει ποτέ μέσα σε αυτόν. Αντίθετα, ο παρατηρητής που βρίσκεται πάνω ή μέσα σε αυτό το σώμα, αν οι τεράστιες βαρυτικές δυνάμεις δεν τον κομμάτιαζαν, θα έβλεπε κανονικά να μπαίνει στον ορίζοντα γεγονότων σε συγκεκριμένο χρόνο.

Γαργαντούας

Το Τηλεσκόπιο του Νότιου Πόλου, μέρος του Τηλεσκοπίου Ορίζοντα Γεγονότων

Πώς ξέρουν οι επιστήμονες τη μάζα (και κατ' επέκταση το μέγεθος) των σωμάτων που πιθανολογούν ως μαύρες τρύπες; Από την παρατηρούμενη επίδραση που ασκούν στα γύρω άστρα. Κι αυτή η βαρυτική επίδραση, όπως και όλα τα άλλα χαρακτηριστικά που διαπίστωσε η διεθνής επιστημονική ομάδα του EHT, αποδείχτηκε ότι ακολουθούν απόλυτα τη Θεωρία της Σχετικότητας. Οπως δήλωσαν στις 6 ταυτόχρονες συνεντεύξεις Τύπου που έδωσαν την περασμένη Τετάρτη, 10 Απρίλη, είχαν την κρυφή ελπίδα ότι θα ανακαλύψουν κάτι καινούριο, κάτι που θα ξέφευγε από τη θεωρία, αλλά δεν υπήρξε τίποτα τέτοιο.
Οι μαύρες τρύπες με την τεράστια μάζα και πυκνότητά τους δημιουργούν βαρυτικά πεδία που παραμορφώνουν τον χωροχρόνο και υπερθερμαίνουν την ύλη που τις περιβάλλει. Το όριο της μαύρης τρύπας, ο ορίζοντας γεγονότων, είναι 2,5 φορές μικρότερο από τη «σκιά» του και στην περίπτωση του Μ87 έχει διάμετρο 40 δισεκατομμυρίων ετών φωτός! Η μαύρη τρύπα αυτού του γαλαξία, που απέχει 53 εκατομμύρια έτη φωτός από τη Γη, είναι από τις μεγαλύτερες που γνωρίζουμε, έχοντας μέγεθος όσο ολόκληρο το ηλιακό σύστημα και μάζα 6,5 δισεκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ηλιου!

Επίτευγμα

Το EHT περιλαμβάνει ραδιοτηλεσκόπια στην έρημο Ατακάμα της Χιλής, στα ηφαίστεια της Χαβάης και στο Μεξικό, στην Αριζόνα, στην ισπανική Σιέρα Νεβάδα, στην Ανταρκτική. Σε αυτά πρόκειται να προστεθούν τρία ακόμη τηλεσκόπια. Αξιοποιώντας την τεχνική VLBI για τον συγχρονισμό τους, σχηματίζεται ένα εικονικό τηλεσκόπιο με διακριτική ικανότητα, που θα επέτρεπε να διαβάσει κανείς μια εφημερίδα στη Νέα Υόρκη ενώ κάθεται σε κάποιο σημείο στο Παρίσι. Τετράκις εκατομμύρια ψηφιολέξεις δεδομένων (petabytes) από τα τηλεσκόπια συντέθηκαν στους υπολογιστές του Ινστιτούτου Ραδιοαστρονομίας Μαξ Πλανκ στη Γερμανία και του Ινστιτούτου Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης στις ΗΠΑ. Τα δεδομένα από περιοχές όπου δεν υπάρχουν εγκατεστημένες οπτικές ίνες (π.χ. Ανταρκτική) μεταφέρθηκαν αποθηκευμένα σε μεγάλο αριθμό σκληρών δίσκων και συγχρονίστηκαν με τη βοήθεια ατομικών ρολογιών (μέιζερ υδρογόνου). Το επίτευγμα του EHT έγινε δυνατό, χάρη σε δουλειά δεκαετιών που προηγήθηκε και με βάση τις νέες δυνατότητες που δίνουν οι τεχνολογικές εξελίξεις στην Πληροφορική και τις Τηλεπικοινωνίες.

Απόδειξη

Φωτογραφία της μεγάλης συγκέντρωσης άστρων γύρω από τη μαύρη τρύπα του Μ87. Η πυκνότητα σε άστρα έχει αποδοθεί με ψευδοχρώματα. Η μαύρη περιοχή στο κέντρο είναι εκείνη με τη μέγιστη πυκνότητα και όχι φωτογραφία της μαύρης τρύπας

Η επιστήμη δεν είναι ό,τι απίθανο κατεβαίνει στο κεφάλι του καθενός, επιστήμονα ή μη, που αρκεί να το πλασάρει καλά μέσα από το διαδίκτυο και τα ΜΜΕ, για να γίνει αποδεκτό ως δεδομένο. Ακολουθεί την επιστημονική μέθοδο, ελέγχει και ξαναελέγχει τα στοιχεία και τα συμπεράσματα και τελικά κάθε θεωρία μαζί με τις πειραματικές ή παρατηρησιακές διαδικασίες, που οδήγησαν σ' αυτήν, τίθενται στην κριτική της επιστημονικής κοινότητας, που προσπαθεί να αναπαραγάγει ανεξάρτητα τα πειράματα ή τις παρατηρήσεις, εξετάζει την ορθότητα των μεθόδων επεξεργασίας των δεδομένων και τη λογική συνέπεια των συμπερασμάτων με βάση αυτά τα δεδομένα. Σε αυτήν τη διαδικασία έχει αρχίσει να υποβάλλεται η δουλειά της επιστημονικής ομάδας των 200 ερευνητών του EHT, που δημοσίευσε όλες τις καταγραφές και τις επεξεργασίες που έχει κάνει από το 2017 μέχρι σήμερα, ενώ έξι δημοσιεύσεις της σε επιστημονικό περιοδικό («Astrophysical Journal Letters») αναλύουν επιμέρους πλευρές.
Αν επιβεβαιωθεί ότι πράγματι η φωτογραφία που δόθηκε στη δημοσιότητα προκύπτει από τις παρατηρήσεις, τότε θα είναι πραγματικά μια ιστορική φωτογραφία. Φωτογραφία ενός τυπικά αθέατου ουράνιου σώματος, κυριολεκτικά κεντρικής σημασίας στο σύμπαν, καθώς αποτελεί το βαρυτικό κέντρο πολλών γαλαξιών, ενός σώματος που τελικά κατάφερε να δει το ανθρώπινο μάτι. Θα πρόκειται για την ισχυρότερη απόδειξη μέχρι σήμερα για την ύπαρξη των υπερμεγέθων μαύρων τρυπών και θα έχει ανοίξει ένα νέο παράθυρο στη μελέτη αυτών των σωμάτων, των οριζόντων γεγονότων τους και της βαρύτητας.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: http://eventhorizontelescope.org