0. Wstępniaki przeróżnej maści.
Dzień dobry.
Dziś zmierzymy się z czymś, co kalibrem postępu może równać się z zaobserwowaniem fal grawitacyjnych. Doniosłe kosmologiczne wydarzenie - obserwacja czarnych dziur. Należy nam się chwila wytchnienia po poprzedniej mózg niszczącemu i rozwijającemu jednocześnie opisowi Grawitacji Kwantowej.
Dziś popatrzymy sobie na zdjęcia, pozachwycamy się pięknem nieba i spojrzymy kosmicznemu monstrum prosto w twarz. Teleskop Horyzontu Zdarzeń to inicjatywa, która ma pokazać światu pierwszy prawdziwy obraz czarnej dziury. Zaraz się wszystkiego dowiecie, jednak musicie wiedzieć, że kiedy otrzymamy ten obraz, będzie lepiej niż w 'Interstellar' - tam także pokazano, jak może wyglądać czarna dziura, jednak obraz stworzono na podstawie teorii. Czapki z głów przed fizykiem Kipem Thornem, który wspomagał naukowo tworzenie obrazu czarnej dziury do filmu, jednak Teleskop Horyzontu Zdarzeń pokaże, co tak naprawdę drzemie w czarnej dziurze. Ujawni nam jej oblicze; spekulacji jest wiele, co taka czarna dziura może mieć w środku, ale będziemy musieli zadowolić się obrazem jej powierzchni. Dobre i to, bo prawdziwe.
1. Szczypta historii.
Czarne dziury zawładnęły wyobraźnią nie tylko naukowców, także pisarzy, filmoróbców i innych artystów. Pierwszy wspomniał o nich Jon Michell w 1783 roku, w swoim liście do Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Tyle szumu, tyle wrzasku, czarne dziury to, czarne dziury tamto, a do tej pory nikt nie widział ich na oczy! Mamy tylko wyobrażenie, niepoparte żadnym dowodem rzeczowym w postaci prawdziwego obrazu, jak wyglądają czarne dziury.
Jednak obecnie sytuacja może ulec zmianie. Gros naukowców z całego świata zebrało się do kupy i połączyło kilka naziemnych teleskopów niepośledniej mocy, aby wreszcie dojrzeć owo, owiane już niejedną legendą, zjawisko kosmologiczne.
Czarna dziura to czarna dziura. Każdy wie, o co chodzi, bo roztrąbiono już o nich (nawet nie wiedząc, jak naprawdę wyglądają) wszystko wszystkim. To obszary przestrzeni, gdzie przyciągnie grawitacyjne jest tak duże, że nic - nawet światło, złożone z bezmasowych fotonów, nie może uciec.
Tutaj ciekawostka: jak przyciągnie grawitacyjne, związane z masą, może przyciągnąć bezmasowe światło? Odpowiedź: grawitacja to nie siła a ukształtowanie geometrii czasoprzestrzeni; światło po prostu porusza się po krzywiźnie przestrzeni, a czarna dziura tak ją formuje, że fotony nie mają po prostu innej trajektorii ruchu, tylko do środka, do osobliwości. Ha! Sam się kiedyś nad tym zastanawiałem, ale rozwiązanie jest dziecinnie wręcz proste ;)
Istnienie czarnych dziur zostało przewidziane teorią matematyczną przez Karla Schwarzschilda w 1915 roku, jako rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Einsteina.
2. Do rzeczy! Czyli dalej w stronę... ciemności ;)
Astronomowie od kilku dekad mają dowody na to, że we wnętrzu każdej dużej galaktyki, w tym naszej Drogi Mlecznej (Milky Way, Mars - oto jedyne batony, które może jeść Laik czy inny Tłuk ;)), znajduje się tzw. supermasywna czarna dziura. Nawet miliony do miliardów razy cięższa od naszego Słońca. Zostały one zaobserwowane pośrednio, poprzez olbrzymie przyciąganie grawitacyjne, jakie wywierają one na otaczające je gwiazdy w galaktykach. Innym widoczny zjawiskiem są tzw. dżety - kiedy czarna dziura wchłania masę, wyrzuca ze swoich biegunów strumienie plazmy, o prędkości bliskiej prędkości światła. Coś czuję, że bez obrazków się nie obędzie. Ech, Tłukowie ;))
Oto artystyczna wizja czarnej dziury Sagittarius A (Strzelec A). Te kreski na biegunach to właśnie dżety.
1. Szczypta historii.
Czarne dziury zawładnęły wyobraźnią nie tylko naukowców, także pisarzy, filmoróbców i innych artystów. Pierwszy wspomniał o nich Jon Michell w 1783 roku, w swoim liście do Towarzystwa Królewskiego w Londynie. Tyle szumu, tyle wrzasku, czarne dziury to, czarne dziury tamto, a do tej pory nikt nie widział ich na oczy! Mamy tylko wyobrażenie, niepoparte żadnym dowodem rzeczowym w postaci prawdziwego obrazu, jak wyglądają czarne dziury.
Jednak obecnie sytuacja może ulec zmianie. Gros naukowców z całego świata zebrało się do kupy i połączyło kilka naziemnych teleskopów niepośledniej mocy, aby wreszcie dojrzeć owo, owiane już niejedną legendą, zjawisko kosmologiczne.
Czarna dziura to czarna dziura. Każdy wie, o co chodzi, bo roztrąbiono już o nich (nawet nie wiedząc, jak naprawdę wyglądają) wszystko wszystkim. To obszary przestrzeni, gdzie przyciągnie grawitacyjne jest tak duże, że nic - nawet światło, złożone z bezmasowych fotonów, nie może uciec.
Tutaj ciekawostka: jak przyciągnie grawitacyjne, związane z masą, może przyciągnąć bezmasowe światło? Odpowiedź: grawitacja to nie siła a ukształtowanie geometrii czasoprzestrzeni; światło po prostu porusza się po krzywiźnie przestrzeni, a czarna dziura tak ją formuje, że fotony nie mają po prostu innej trajektorii ruchu, tylko do środka, do osobliwości. Ha! Sam się kiedyś nad tym zastanawiałem, ale rozwiązanie jest dziecinnie wręcz proste ;)
Istnienie czarnych dziur zostało przewidziane teorią matematyczną przez Karla Schwarzschilda w 1915 roku, jako rozwiązanie równań ogólnej teorii względności Einsteina.
2. Do rzeczy! Czyli dalej w stronę... ciemności ;)
Astronomowie od kilku dekad mają dowody na to, że we wnętrzu każdej dużej galaktyki, w tym naszej Drogi Mlecznej (Milky Way, Mars - oto jedyne batony, które może jeść Laik czy inny Tłuk ;)), znajduje się tzw. supermasywna czarna dziura. Nawet miliony do miliardów razy cięższa od naszego Słońca. Zostały one zaobserwowane pośrednio, poprzez olbrzymie przyciąganie grawitacyjne, jakie wywierają one na otaczające je gwiazdy w galaktykach. Innym widoczny zjawiskiem są tzw. dżety - kiedy czarna dziura wchłania masę, wyrzuca ze swoich biegunów strumienie plazmy, o prędkości bliskiej prędkości światła. Coś czuję, że bez obrazków się nie obędzie. Ech, Tłukowie ;))
Oto artystyczna wizja czarnej dziury Sagittarius A (Strzelec A). Te kreski na biegunach to właśnie dżety.
W zeszłym roku obserwatorium LIGO wykryło fale grawitacyjne > klik < - zmarszczki na czasoprzestrzeni - efekt kolizji dwóch czarnych dziur, które miało miejsce miliony lat temu. Dlaczego nie w chwili obecnej? Zmarszczki czasoprzestrzeni poruszają się z prędkością światła. Potrzebowały czasu, aby do nas dotrzeć, bo prędkość światła to około 300 000 km/s. My, na swoim niebie widzimy to, co działo się lata świetlne wstecz w czasie. Np., widzimy na niebie gwiazdę, która jest odległa od nas o 10 lat świetlnych. Widzimy ją teraz, jak wyglądała 10 lat temu, bo światło, przenoszące jej obraz, potrzebowało 10 lat, aby do nas dotrzeć i przekazać widoki :)
3. Końkrety czyli konie z betonu.
14.05.2017 roku zespół astronomów, którzy stworzyli projekt o nazwie Teleskop Horyzontu Zdarzeń, zamierza sprawdzić fundamentalne teorie fizyki czarnych dziur poprzez próbę uzyskania pierwszego w historii obrazu horyzontu zdarzeń czarnej dziury, miejsca, z którego nie wraca i nie odbija się nawet światło.
Tu mała ciekawostka: nasze postrzeganie to nic innego, jak fotony odbite od powierzchni obiektu i trafiające do naszego oka. Abyśmy mogli widzieć, fotony muszą się od czegoś odbijać. Od horyzontu zdarzeń nie mogą się odbić, bo są pochłaniane poza niego, w stronę osobliwości, poprzez silną grawitację, uniemożliwiającą ucieczkę. Dlatego obserwacja czarnych dziur to niezła sztuczka akrobacyjna ;)
Kolejne końkrety: naukowcy połączyli globalną siatkę radioteleskopów aby uzyskać gargantuiczny teleskop, rozmiarów Ziemi! Ta technika nazywa się Interferometria Wielkoobrazowa (też mnie głowa rozbolała od tej nazwy ;)). Wszystko, aby zobaczyć Sagittariusa A we wnętrzu naszej Drogi Mlecznej, czarnej dziury 4 miliony razy masywniejszej od naszego Słońca!
Astronomowie wiedzą, że czarną dziurę otacza dysk akreacyjny - obręcz gazu i pyłu, który rotuje i jest wchłaniany do wnętrza horyzontu zdarzeń, wprost w kierunku osobliwości grawitacyjnej. Ścieżka światła odbita od tego obłoku gazu i pyłu będzie zniekształcona przez pole grawitacyjne czarnej dziury. Obraz, jaki oczekują uzyskać, będzie bliższy kształtu sierpu niż dysku. Być może uda się nawet zobaczyć cień horyzontu zdarzeń.
Siatka teleskopów łączy dziewięć obiektów rozsianych po kuli ziemskiej - m.in. na Antarktydzie, Chile, Hawajach, w Hiszpanii, Meksyku i Arizonie. 'Wirtualny teleskop' był 'w produkcji' od wielu lat, kiedy testowano tę technologię. Z początku była ona niewystarczająca, aby zobaczyć horyzont zdarzeń, ale poprzez dodanie teleskopów w Chile i na Antarktydzie stało się to możliwe. To tak jakby nagle założyć musztardówy na nos i zobaczyć światła nadjeżdżającego samochodu.
Czarna dziura nie jest łatwa do zaobserwowania - długości fali świetlnych, które możemy obserwować, są całkowicie blokowane przez duże ilości pyłu i gazu. Jednakże, teleskop o odpowiedniej rozdzielczości i operujący na dłuższych - milimetrowych długościach radiowych, może 'zerknąć' poprzez tę kosmiczną zadymkę.
4. Teleskopy zwykłe, a nie zwariowane teleskopy czarnodziurowe.
Rozdzielczość jakiegokolwiek teleskopu (najmniejszy detal, jaki może zostać zmierzony) jest zwykle opisany jako mały kąt, odpowiadający stosunkowi wielkości obiektu do jego odległości od naszych ocząt ( w musztardówach, oczywiście ;)). Kątowy rozmiar Księżyca widzianego z Ziemi wynosi około pół stopnia, albo 1800 sekund kątowych. Dla jakiegokolwiek teleskopu, im większa jego przesłona, tym mniejsza detal, jaki można dostrzec (większa rozdzielczość).
Rozdzielczość pojedynczego teleskopu radiowego (taka sytuacja: astronom ogląda widoki przez teleskop z muzyką z radia w tle; pewnie nie daliście się nabrać ;)) - z przysłoną o wielkości 100 metrów, to około 60 sekund kątowych. Ta rozdzielczość jest porównywalna do nieuzbrojonego (bez pistoletów i noży ;)) oka ludzkiego i około 1/60 średnicy Księżyca w pełni. Ale poprzez połączenie wielu teleskopów, Teleskop Horyzontu Zdarzeń osiągnie rozdzielczość około 15-20 mikrosekund kątowych. Pozwoliłoby to na dostrzeżenie winogrona z odległości takiej, jaka dzieli nas od Księżyca. Niezłe binokle ;)
5. Co dalej z naszymi horyzontami?
Technika łączenia teleskopów jest dobrze znana od wielu lat, ale Teleskop Horyzontu Zdarzeń ma przed sobą dodatkowe wyzwania. Obraz będzie zapisany jako olbrzymia ilość danych do przetworzenia przez superkomputery. Dane z każdego, pojedynczego teleskopu, będą przesyłane do jednostki centralnej i tam połączone. Różne warunki pogodowe, warunki atmosferyczne i stan każdego z teleskopu będą wymagały bardzo skomplikowanych obliczeń.
Jeśli wszystko wypali, zobrazowanie materiału wewnątrz czarnej dziury, w rozdzielczości porównywalnej z rozdzielczością obserwowania horyzontu zdarzeń, otworzy nową erę w badaniach nad czarnymi dziurami i pomoże rozwiązać wiele zagadek: czy horyzonty zdarzeń istnieją naprawdę? Czy teoria względności Einsteina działa w obszarze o niezwykle silnej grawitacji, albo czy potrzebujemy nowej teorii, aby opisać grawitację blisko czarnej dziury? A także - jak czarne dziury 'pożerają' materię i jak ją wystrzeliwują?
Być może uda się nawet zobrazować czarne dziury w środku pobliskich galaktyk, na przykład - w olbrzymiej galaktyce eliptycznej, która znajduje się w centrum naszej lokalnej gromady galaktyk.
Łącząc teorie matematyczne i wnikliwe obserwacje fizyczne, przy współpracy międzynarodowego zespołu badaczy i stosując niesamowitą, najnowszą technologię fizyki doświadczalnej oraz inżynierii, spodziewamy się odkryć tajemnice czasoprzestrzeni, godne początku 21 wieku.
A nam, zwykłym Tłukom i Laikom, pozostaje zakładać binokle, musztardówy, brać do ręki lornetki czy co tam mamy pod ręką i patrzeć w nocne niebo. Na pewno coś zobaczymy.
Dlaczego aplikuję Wam takie trudne tematy?
Moi drodzy Laicy i Tłukowie. Warto celować w Księżyc, bo nawet jeśli chybimy, to znajdziemy się wśród Gwiazd ;)
Do usłyszenia! :)
Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)
Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz