Must Auku Esimene Pilt On Nüüd Film

Vanade vaatluste põhjal loodud pildid näitavad tühimiku tormilist arengut viimase kümne aasta jooksul.

Eelmisel aastal avalikustatud ajalooline esimene pilt mustast august on nüüd filmiks tehtud. Lühike kaadrite järjestus näitab, kuidas musta augu ümbruse välimus muutub aastate jooksul, kui selle raskusjõud segab ümbritsevat materjali pidevaks pööriseks.

Piltidel on näha galaktika M87 keskel asuva ülisuure musta augu ümber keeratav viltu. Nende loomiseks ekshumeeris Event Horizon Telescope (EHT) koostöö - mis rakendab kogu planeedi vaatluskeskuste võrku - musta augu kohta vanu andmeid ja ühendas need 2019. aasta aprillis avaldatud pildil põhineva matemaatilise mudeliga, et näidata, kuidas ümbrus on kaheksa aasta jooksul arenenud. Ehkki see tugineb osaliselt aimamisele, annab tulemus astronoomidele rikkaliku ülevaate mustade aukude käitumisest, mille intensiivne raskusjõud imab endasse ümbritsevat ainet ja valgust.

"Kuna musta auku langev aine voolab turbulentset, näeme, et rõngas kõigub aja jooksul," ütleb juhtiv autor Maciek Wielgus, raadioastronoom Harvardi ülikoolist Cambridge'is Massachusettsis.

23. septembril ajakirjas The Astrophysical Journal ilmunud teos pakub maitset sellest, mida meeskond võib lähitulevikus teha, kui selle tehnika paraneb. "Mõne aasta pärast võib see tõesti hakata välja nägema nagu film," ütleb Wielgus.

Loksuv rõngas

Musta auku pilt, mille EHT-i koostöö eelmisel aastal avalikustas, tegi ajalehtede esikülgi üle kogu maailma. See kujutas M87 *, ülimassiivset musta auku M87 galaktika keskel, umbes 17 megaparseki (55 miljoni valgusaasta) kaugusel. Teadlased ehitasid pildi, ühendades raadiosagedussignaalid, mis nad olid kogunud vaatluskeskustest üle Maa kahe öö jooksul 2017. aasta aprillis. Nende mängu on võrreldud Maast Kuu pinnal oleva sõõriku kuju lahendamisega.

Ehkki udune, sobis pilt Albert Einsteini üldise relatiivsusteooria ennustustega, milline peaks musta augu vahetu naabruskond välja nägema. Eelkõige andis see teadlastele esimesed otsesed tõendid sündmuste horisondi varjust, „tagasituleku” pinnast, mis eraldab musta augu ümbritsevast. See tumedam ketas oli seatud ülekuumenenud aine kiirgatava valgusrõnga vastu otse sündmuse horisondi taha.

Hämmastaval kombel paistis sõrmuse üks külg heledam. Seda eeldati musta auku ümbritseva keeruka dünaamika mõjude kombinatsiooni tõttu. Eelkõige peaks tühjusse langev aine suure kiirusega väljaspool musta augu ekvaatorit spiraalselt liikuma, moodustades selle, mida astrofüüsikud nimetavad akretsioonikettaks. Kaldus külg on osaliselt seotud Doppleri efektiga: ketta küljel, mis pöörleb vaatleja poole, suurendab aine liikumine kiirgust, muutes selle heledamaks; taanduval poolel toimub vastupidine.

Andmete uuesti vaatamine

Nende tulemuste põhjal soovis Wielgus minna tagasi ja vaadata EHT teleskoopide vanemaid andmeid, et näha, kas ta suudab neid uuesti tõlgendada, kasutades 2017. aasta pilti juhendina. EHT jälgis M87 * alates 2009. aastast, kasutades esialgu vaid kolmes kohas teleskoobi. Kuna meeskond lisas EHT võrku veel observatooriume, paranes vaatluste kvaliteet. 2017. aastal hõlmas koostöö kaheksat vaatluskeskust, mis hõlmasid maakera Hawaiilt ja Tšiilist Euroopani, jõudes esmakordselt tasemele, kus EHT sai tegeliku pildi luua.

Vanemad andmed koosnesid neljast partiist, mis koguti aastatel 2009, 2011, 2012 ja 2013, millest kaks olid jäänud avaldamata. "Teatud määral unustati nad ära, sest kõik olid 2017. aasta andmete üle väga põnevil," ütleb Wielgus. Rühma teiste EHT-i teadlastega analüüsis ta andmed uuesti ja leidis, et need on kooskõlas 2017. aasta kampaania tulemustega, sealhulgas tumeda ketta ja heleda rõnga olemasoluga. Ja kuigi 2009. – 2013. Aasta andmepartiid ei olnud piltide tootmiseks piisavalt eraldusvõimega, suutis meeskond luua sünteetilisi pilte iga aasta jaoks, kombineerides olemasolevaid piiratud andmeid ja musta auku matemaatilise mudeliga 2017. aasta andmed.

Ja tulemused osutusid rohkemaks, kui Wielgus ootas. Sarnaselt 2017. aasta pildile näitasid nad, et rõnga üks külg oli heledam kui teine - kuid helge laik liikus ringi. Põhjuseks võib olla see, et akretsiooniketta erinevad piirkonnad muutusid heledamaks või tuhmimaks, mis võib Doppleri heledust suurendada või mõnikord isegi tühistada.

Dünaamiline ketas

Autorite sõnul ei olnud see ootamatu: kuigi M87 * must auk ise ei muutu aastast aastasse, muutub seda ümbritsev keskkond. Mitme nädala skaalal peaksid tugevad magnetväljad segama akretsiooniketta ja tekitama kuumemaid kohti, mis siis musta augu ümber tiirlevad. 2018. aastal teatas eraldi meeskond tõendeid kuuma gaasi plekist, mis ringles umbes ühe tunni jooksul Ambur A *, Linnutee keskne must auk. Kuna M87 *, mille mass on 6,5 miljardit korda suurem kui Päikese mass, on rohkem kui 1 000 korda suurem kui Ambur A *, võtab M87 * ümbruse dünaamika avaldumine kauem aega.

EHT-i koostöös üritatakse M87 * ja Ambur A * -d jälgida igal aastal, märtsi lõpus või aprilli alguses. See on siis, kui ilmastikutingimused on suure tõenäosusega samaaegselt head tema võrgu paljudes kohtades. 2020. aasta kampaania tuli COVID – 19 pandeemiast tulenevate piirangute tõttu tühistada, kuid meeskond loodab saada 2021. aastal veel ühe võimaluse. Kui kõik läheb hästi, liitub jõupingutustega veel mitu vaatluskeskust - sealhulgas üks Gröönimaal ja üks Prantsusmaal..

Meeskond loodab ka, et järgmise aasta kampaania hõlmab ka tema esimesi globaalseid vaatlusi lühema lainepikkusega kiirguse abil. Ehkki Maa atmosfääri nägemine on keerulisem, parandaks see EHT-piltide eraldusvõimet. "Me saaksime sellele musta augu varju veelgi lähemale ja saaksime teravamaid pilte," ütleb Hollandis Nijmegenis Radboudi ülikooli raadioastronoom, EHT liige Sara Issaoun.