• Supermassive Sorte Huller

Hvad er det sidste, du ville se, da du faldt ned i et sort hul?

• 2024

I april 2019, astronomer frigav en fantastiske billede af et supermassivt sort hul i midten af ​​galaksen M87 . Det var billedet i højeste opløsning af et sort hul, der nogensinde er taget, og viste en uhyggeligt glødende fuzzy ring af materiale med en mørk plet i midten. Det var ikke selve det sorte hul, men på en måde dens skygge ; den større rumplads omkring det, hvor ingen bane er stabil, og selv lyset i sidste ende falder i den uendeligt dybe pit.

Det allerførste billede af 'skyggen' af et supermassivt sort hul. Dette viser området omkring et sort hul med en masse 6,5 milliarder gange solens, der ligger 55 millioner lysår væk fra Jorden i kernen af ​​galaksen M87. Kredit: NSF

Så sejt som billedet er, det er uklart af to grunde. Det ene er det trods Event Horizon Telescope (som arrayet, der gjorde observationer kaldes), der kombinerer teleskopernes kræfter bogstaveligt talt over hele verden, er opløsningen bare ikke høj nok til at se mange detaljer - fra 55 million lysår væk, selv et stort sort hul ser temmelig lille ud. Den anden er, at eksponeringstiderne var lange, så alle funktioner som gasklatter, der hvirvlede rundt om det sorte hul, blev sløret.

Hvad ville en meget snapshot i højere opløsning af det sorte hul ligner?

Et team af astronomer og fysikere besluttede at tackle dette problem . Ved hjælp af Einsteins ligninger for generel relativitet, som styrer, hvordan rum og lys opfører sig nær et sort hul, skabte de en række billeder for at undersøge, hvordan det ville se ud på afstand.

Resultaterne er ekstremt fede :

engle tegn 111

En simulering af, hvordan det sorte hul i midten af ​​galaksen M87 ville se ud, når det bøjer lys omkring det. Nederst: Snapshots af lyset omkring det sorte hul på forskellige tidspunkter. Øverst: En sammensat af alle snapshots tilføjet sammen, der viser, hvad Event Horizon Telescope så i det historiske billede fra 2019. Kredit: Tilpasset fra Johnson et al.

hvad ringer et monster om

Whoa. Hvad betyder det?

Den nederste række af billeder er tre separate snapshots lavet ved hjælp af deres simulering med de sorte hullers fysiske egenskaber, der efterligner dem i det rigtige sorte hul. For eksempel brugte de en masse på 6,2 milliarder solmasser, en betragtningsvinkel, der matcher vores til M87, og mængden af ​​materiale, der hvirvler rundt om det i en flad disk kaldet en akkretionsskive (beregnet ved hjælp af infrarøde observationer af det materiale). Skalaen er utrolig lille; 50 μas = 50 mikroarcsekunder, hvor et buesekund er omtrent på størrelse med et amerikansk kvarter over 5 kilometer væk. Så dette er bogstaveligt talt som at se en bakterie på det kvartal.

Det øverste billede viser en kombination af flere snapshots for at vise, hvad det faktiske Event Horizon Telescope ville have set i sin længere eksponering, hvis det havde uendelig opløsning. Du får en lys ring, lidt asymmetrisk, som noget lys kommer fra både inde og ude af den, og det gabende sorte hulrum i midten.

Så hvad betyder dette?

Ville det være muligt at få et reelt billede af et sort hul, der ligner mere denne sim? Faktisk, ja! En måde ville være at sende radioteleskoper ud i rummet og udvide baseline for arrayet. Jo længere væk dine teleskoper er fra hinanden, desto højere er opløsningen. Problemet med dette er, at radioteleskoper generelt skal være store, snesevis af meter på tværs, hvis ikke mere, og det er ikke let at få noget i den størrelse. Jeg spekulerer på, om vi i de kommende årtier dog vil være i stand til det? Måske endda bygge nogle på Månen, hvile i kratere af lignende størrelse, der nestler dem for stabilitet ... Hvis vi kunne, ville vi få billeder, der konkurrerer med output fra denne beregning.

Indtil da kan vi dog arbejde med det, vi har, og det er stadig ret godt. Vi lærer meget om, hvad du ville se, hvis du faldt ned i et sort hul. Du ville ikke se det for lang -du ville bevæge dig nær lysets hastighed, da du kom så tæt på-og du ville sikkert have travlt med at blive revet i stykker af tyngdekraften og tidevandet og alligevel stegt af højenergistrålingen. Men alligevel ret cool.