Какво ни казва изображението на черната дупка

Когато учените „снимаха“ невидима черна дупка: изображението улавя областта около нея, генерирано от данни, събрани от набор от телескопи, и осигурява платформа за по-добро разбиране на черните дупки.

Първото изображение на черна дупка. Заснето от проекта Event Horizon Telescope. (Източник на изображението: Национална научна фондация)

Предполага се, че черните дупки са най-тъмните области в цялата вселена. И все пак, когато учените обявиха миналата седмица, че за първи път са успели да заснемат снимка на черна дупка, изображението, което разкриха, беше всичко друго, но не и тъмно. Изглежда ярко оранжево и с форма на поничка в това, което се превърна в едно от най-разпространените изображения през последната една седмица. Когато светлината не може да избяга от черна дупка, как е постигната снимката и какво прави постижението важно?

Какво показва изображението

Основният обект на снимката, черна дупка, разположена на 55 милиона светлинни години от Земята, в центъра на галактика, наречена Messier 87, беше ограничена до малкото и тъмно централно ядро ​​на формата на поничка в изображението, разпознаваемо само поради светлата среда, в която беше затворена. Това беше единственият начин, по който черна дупка можеше да бъде снимана - като се заснеме цялата област около нея. Самата черна дупка не излъчва и не излъчва светлина или каквито и да било други електромагнитни вълни, които могат да бъдат открити от инструменти, създадени от човешки същества. Но зоната точно извън границата на черната дупка - наричана хоризонт на събития - която има огромни количества газ, облаци и плазма, които се въртят бурно, излъчват всякакви радиации, включително дори видима светлина.

Обяснено: Ето черна дупка и защо нито една не е снимана преди

Външната част на черната дупка също не беше лесна за снимане. Въпросната черна дупка е имала диаметър от 1,5 светлинни дни, или около 40 милиарда километра. Пръстенът извън черна дупка обикновено има 4 до 5 пъти по-голямо пространство. Но много голямото разстояние от Земята означаваше, че записването на нещо по-добро от картина с размер на точка е физически невъзможно с наличните инструменти. Учените са изчислили, че за картина с по-голяма разделителна способност, като тази, която най-накрая успяха да заснемат, е необходим телескоп, чиято антена е толкова голяма, колкото самата Земя.

Защо има значение

Учените използват компютърно симулирани изображения на черни дупки от няколко години, за да изследват тези региони. За първи път те имат действителен образ. Въпреки че изглеждат доста сходни, учените ще започнат да разглеждат отблизо действителното изображение, за да видят дали се различава от компютърно симулираните изображения в детайлите и дали тези разлики могат да бъдат обяснени с инструментариум, наблюдение или други грешки. Това може да предостави тест за съществуващите теории за Вселената и да доведе до по-добро разбиране на черните дупки и природата на самата Вселена.

Избор на черна дупка

Имаше алтернатива на снимането на черната дупка в галактиката M87 - опитвайки се да снимаме черна дупка, която е много по-близо. Има хиляди, вероятно милиони черни дупки много по-близо до Земята, но не всяка черна дупка може да бъде кандидат за снимане. Учените са търсили определен размер черна дупка, достатъчно голяма, за да бъде уловена от инструменти, налични на Земята. Черната дупка в галактиката M87 е около 6 милиарда пъти по-голяма от Слънцето и е една от най-големите известни. Няма черна дупка със сравним размер по-близо до Земята.

Прочетете | Образът на хоризонта на събитията на Черната дупка стана възможен от работата на този студент от MIT

Въпреки това имаше кандидат в нашата собствена галактика Млечен път. Черната дупка Стрелец A* в центъра на Млечния път е около 4,3 милиона пъти по-голяма от Слънцето и само на 25 000 светлинни години от Земята. Тя е около 2000 пъти по-близо до Земята в сравнение с тази в галактиката M87, но също така е около 1500 пъти по-малка. Следователно по мащаб двете черни дупки-кандидати предлагат подобни възможности за снимане.

Настройка на телескопа

Телескоп с размерите на Земята не беше нещо, което можеше да бъде предоставено. Така че учените трябваше да измислят нови гениални методи, за да преодолеят ограниченията на своите инструменти. Те решават да използват осем от най-големите и сложни радиотелескопи в света и ги свързват с техника, която може да ги накара да действат като виртуален телескоп с размерите на Земята. Телескопите направиха едновременни записи на излъчванията, идващи от областта на черната дупка. Всеки от телескопите е снабден с атомни часовници, така че техните записи по-късно могат да бъдат съпоставени с изключителна прецизност.

Прочетете също | Хоризонт на събитията за черна дупка: Ето как изглежда

Всеки от отделните телескопи събираше излъчването, идващо от областта на черната дупка. Но поради ограниченията на размера, всички те имаха само много ограничена информация за черната дупка. Съпоставянето на данните, записани от всеки от тези телескопи в точни моменти във времето, даде на учените малко повече информация, но нищо не можеше да се направи за огромното количество информация, която не можеше да бъде уловена от тези телескопи.

Изграждане на изображение от данни

Именно тук учените се възползваха от помощта на суперкомпютри, за да пресъздадат пълния образ на черната дупка с ограничената информация, която телескопите бяха уловили. Възстановяването на цели снимки с ограничени данни не е необичайно. Техниките за компресиране, които използваме, за да намалим размерите на музикални, графични или видео файлове на нашите компютри, работят на подобни принципи. Изхвърляме много информация, като намаляваме размера, но компютърът все още може да пресъздаде музиката или видеото, макар и с известна загуба на качество.

Разбира се, предизвикателството за учените, работещи върху изображението на черната дупка, беше по-сложно от техниките, използвани за компресиране на файлове. Те имаха огромно количество данни, с които да се справят, и все пак изключително ограничена информация, получена директно от радиацията. Следователно не е изненадващо, че те трябваше да напишат изцяло нови алгоритми, използвайки новаторски подходи, за да регенерират изображението.

В резултат на това голям брой пиксели на тази снимка, представена на света, може да са генерирани от компютъра. Но те са генерирани с помощта на информацията в пикселите, която е резултат от директно наблюдение на телескопите, вместо да бъдат произведени от математически модели, както се случва в компютърно симулирани изображения.

Отнеха две години на някои от най-бързите суперкомпютри в света, за да обработят огромното количество данни и да пресъздадат образа на черната дупка в галактиката M87. Снимка на черната дупка Стрелец A* тепърва ще бъде пусната, очевидно защото изображението все още не е готово.

Споделете С Приятелите Си: