Event Horizon Telescope -yhteistyöhistoria teki huhtikuussa 2019 historian, kun se julkaisi ensimmäisen kuvan koskaan tehdystä mustasta aukosta. Tämä saavutus oli vuosikymmenien ajan tekemässä ja sai aikaan kansainvälisen mediasirkuksen. Kuva syntyi interferometriaksi kutsutusta tekniikasta, jossa observatoriat ympäri maailmaa yhdistivät valoa teleskoopeistaan yhdistelmäkuvan luomiseksi.
Tämä kuva osoitti, mitä astrofyysikot ovat ennustaneet jo pitkään, että äärimmäinen painovoima taipuminen aiheuttaa fotonien putoamisen tapahtumahorisontin ympärille edistäen niitä ympäröiviä kirkkaita renkaita. Viime viikolla, 18. maaliskuuta, tutkijaryhmä Harvard-Smithsonian astrofysiikan keskuksesta (CfA) julkisti uuden tutkimuksen, joka osoittaa, kuinka mustien aukkojen kuvat voivat paljastaa monimutkaisen alirakenteen niissä.
Tutkimusta, joka kuvaa heidän havaintojaan, nimeltään ”Musta aukon fotonirenkaan yleiset interferometriset allekirjoitukset” ilmestyi äskettäin lehdessä Tieteen kehitys. Ryhmää johti CfA: n astrofysiikko Michael Johnson, ja hän kutsui jäsenet Harvardin Black Hole Initiative (BHI), Los Alamosin kansallisesta laboratoriosta, Princetonin teoreettisen tieteen keskuksesta ja useista yliopistoista.
Kuten Johnson selitti äskettäisessä CfA: n lehdistötiedotteessa:
”Musta reiän kuva sisältää todella sisäkkäisen rengassarjan. Jokaisella peräkkäisellä renkaalla on suunnilleen sama halkaisija, mutta se muuttuu yhä terävämmäksi, koska sen valo kiertää mustaa reikää useammin, ennen kuin se saavuttaa tarkkailijan. Nykyisen EHT-kuvan avulla olemme saaneet vain katseen täydellisestä monimutkaisuudesta, jonka pitäisi ilmetä minkä tahansa mustan aukon kuvaan. "
Kuten yleisen suhteellisuuden laki kertoo, gravitaatiokentät muuttavat avaruusajan kaarevuutta. Mustan aukon tapauksessa vaikutus on äärimmäinen ja aiheuttaa jopa valon (fotonien) tunkeutumisen niiden ympärille. Nämä fotonit heittävät varjon tulevan kaasun ja pölyn kirkkaaseen renkaaseen, joka mustan aukon painovoiman avulla kiihdyttää relativistisiin nopeuksiin.
Tämän varjostetun alueen ympärillä on fotonirengas, joka on tuotettu fotoneista, jotka keskittyvät voimakkaan painovoiman vaikutuksesta mustan aukon läheisyyteen. Tämä rengas voi kertoa tähtitieteilijöille paljon mustasta reiästä, koska sen koko ja muoto paljastavat mustan reiän massan ja pyörimisen (eli "spin"). EHT-kuvien takia mustien aukkojen tutkijoilla on nyt työkalu mustien reikien tutkimiseen.
1950-luvulta lähtien tähtitieteilijät ovat oppineet paljon heistä tutkimalla niiden vaikutusta ympäröivään ympäristöönsä. Toisin sanoen mustien reikien tutkiminen on ollut luonteeltaan epäsuoraa ja teoreettista. Mutta koska kyky ottaa kuvia näistä taivaankappaleista, astronomit voivat lopulta tutkia niitä suoraan ja kerätä todellista tietoa.
Urbana-Champaignin Illinoisin yliopiston fysiikan jatko-opiskelija George Wong vastasi ohjelmiston kehittämisestä simuloitujen mustien aukkojen kuvien tuottamiseksi. Tämän ohjelmiston avulla laskettiin kuvat, joiden resoluutio oli toistaiseksi korkein, ja antoi ryhmälleen mahdollisuuden hajottaa ne ennustetuksi alakuvasarjaksi. Kuten Wong ilmoitti:
”Eri alojen asiantuntijoiden kokoaminen antoi meille mahdollisuuden yhdistää fotorenkaan teoreettinen käsitys siihen, mikä on mahdollista havainnoinnilla. Se, mikä alkoi klassisina lyijykynä- ja paperilaskelmina, sai meidät siirtämään simulaatiomme uusiin rajoihin. ”
Erityisen yllättävää tutkijoille oli kuitenkin se, kuinka mustan aukon kuvan paljastama alirakenne luo uusia mahdollisuuksia tutkimukselle. Vaikka niiden esittämät subringsit ovat yleensä näkymättömiä paljain silmin kuvissa, ne tuottavat erittäin selkeitä signaaleja, kun niitä havaitaan kaukoputkien ryhmillä, jotka käyttävät interferometriaa.
Tämä antaa tähtitieteilijöille suhteellisen helpon tavan laajentaa EHT-yhteistyön toistaiseksi tekemää työtä. "Vaikka mustien reikien kuvien kaappaaminen vaatii yleensä monia hajautettuja kaukoputkia, subrings ovat täydellisiä opiskeluun käyttämällä vain kahta kaukoputkea, jotka ovat hyvin kaukana toisistaan", Johnson sanoi. "Yhden avaruuskaukoputken lisääminen EHT: hen riittää."
Astronomian ja astrofysiikan kentät ovat kokeneet useita kierroksia viime vuosina. Tähtien välisten esineiden ensimmäisten havaintojen, painovoima-aaltojen vahvistamisen ja mustan aukon ensimmäisten suorien havaintojen välillä. Nämä ensimmäiset ovat mahdollistaneet tutkimuksen, joka lupaa avata joukon kestäviä mysteerejä kosmosta.
Ryhmän tutkimus tehtiin osittain mahdolliseksi NASA: n, Kansallisen tiedesäätiön (NSF), Energiaosaston (DoE) ja useiden tieteellisten ja tutkimussäätiöiden myöntämillä apurahoilla.
