กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์พยายามถ่ายภาพหลุมดำเป็นครั้งแรก

นักดาราศาสตร์ได้จัดเตรียมกล้องโทรทรรศน์จานวิทยุจากทั่วโลกให้เป็นกล้องเสมือนขนาดเท่าโลกสำหรับการทดลองครั้งใหม่อย่างกล้าหาญ โดยพยายามสร้างภาพหลุมดำเป็นครั้งแรก การทำงานร่วมกันของกล้องโทรทรรศน์ถูกตั้งค่าเป็น ประกาศผลใหญ่สัปดาห์นี้ และสมาชิกยังได้อธิบายแนวทางการวิจัยของพวกเขาในการพูดคุยในเดือนมีนาคม





หลุมดำเป็นการบิดเบี้ยวสุดโต่งในกาลอวกาศที่แรงมาก แรงโน้มถ่วงมหาศาลของพวกมันไม่ยอมปล่อยแสงแม้แต่จะเล็ดลอดออกไปเมื่อเข้าใกล้มากพอ

แนวคิดของนักดาราศาสตร์คือ ถ่ายภาพเงาทรงกลมทึบของหลุมดำ วางบนพื้นหลังที่สดใส ขอบของเงาคือขอบฟ้าเหตุการณ์ จุดที่หลุมดำไม่หวนกลับ รูปภาพมีค่าหนึ่งพันคำ และภาพถ่ายของหลุมดำจะเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำความเข้าใจฟิสิกส์ดาราศาสตร์ จักรวาลวิทยา และบทบาทของหลุมดำในจักรวาล

ที่เกี่ยวข้อง: 'ผลลัพธ์ที่ก้าวล้ำ' มาจากกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ล่าสัตว์หลุมดำ



ภาพนิ่งของการจำลองวิดีโอที่แสดงให้เห็นว่าเงาของหลุมดำอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร แอนิเมชั่นดังกล่าวถูกนำเสนอในภาพยนตร์สั้นเกี่ยวกับโปรเจ็กต์ Event Horizon Telescope (EHT) ที่ผลิตโดย Peter Galison และ Chyld King ชมการประกาศถ่ายทอดสดของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์

ภาพนิ่งของการจำลองวิดีโอที่แสดงให้เห็นว่าเงาของหลุมดำอาจมีหน้าตาเป็นอย่างไร แอนิเมชั่นดังกล่าวถูกนำเสนอในภาพยนตร์สั้นเกี่ยวกับโปรเจ็กต์ Event Horizon Telescope (EHT) ที่ผลิตโดย Peter Galison และ Chyld King ชมการถ่ายทอดสดประกาศผลครั้งแรกของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ในวันที่ 10 เมษายน 2019 เวลา 9.00 น. EDT ที่นี่ .(เครดิตรูปภาพ: EHT Outreach/ Youtube )

หากนักบินอวกาศวางสีส้มบนพื้นผิวดวงจันทร์ ผลไม้ที่มีรสเปรี้ยวจะมองเห็นได้ยากจากโลก Sheperd Doeleman ผู้อำนวยการโครงการโครงการใหม่ที่มีความทะเยอทะยานที่เรียกว่า Event Horizon Telescope กล่าวว่าหลุมดำนั้นยากต่อการตรวจพบ



Doeleman แบ่งปันเกร็ดเล็กเกร็ดน้อยนี้กับผู้ชมที่งานนิทรรศการ South by Southwest (SXSW) ในเมืองออสติน รัฐเท็กซัส เมื่อเดือนที่แล้ว Doeleman และเพื่อนร่วมงาน Sera Markoff, Peter Galison และ Dimitrios Psaltis ได้ให้ความกระจ่างถึงวิธีการทำงานของโครงการระหว่างงาน SXSW ' EHT: ความพยายามของดาวเคราะห์ในการถ่ายภาพหลุมดำ . '

หลุมดำเป็นโครงสร้างขนาดใหญ่เมื่อเทียบกับดาวเคราะห์และมนุษย์ แต่สิ่งที่ดูเหมือนใหญ่สำหรับเราก็คือ ในระดับกาแล็กซี่ จิ๋ว-จิ๋ว ดังนั้น การถ่ายภาพขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำจึงซับซ้อน

ศิลปินคนนี้



ความประทับใจของศิลปินคนนี้แสดงให้เห็นหลุมดำมวลมหาศาลที่หมุนอย่างรวดเร็วซึ่งล้อมรอบด้วยดิสก์สะสมมวล แผ่นจานบางของวัสดุหมุนรอบตัวนี้ประกอบด้วยเศษของดาวคล้ายดวงอาทิตย์ซึ่งถูกแรงไทดัลของหลุมดำฉีกออกเป็นชิ้นๆ แรงกระแทกในเศษซากที่ชนกันและความร้อนที่เกิดจากการสะสมตัวทำให้เกิดแสงระเบิด คล้ายกับการระเบิดของซุปเปอร์โนวา(เครดิตรูปภาพ: ESO, ESA / Hubble, M. Kornmesser / N. Bartmann)

Sera Markoff นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยอัมสเตอร์ดัมกล่าวว่า 'หนึ่งในเป้าหมาย EHT มีขนาดประมาณ 10 เปอร์เซ็นต์ของระบบสุริยะของเรา หลุมดำมวลมหาศาลที่ใจกลางทางช้างเผือกเรียกว่า ราศีธนู A* เป็นเรื่องเกี่ยวกับขนาดของวงโคจรของดาวพุธ Doeleman กล่าวเสริม

หากยานอวกาศสามารถดึงนักดาราศาสตร์ออกจากทางช้างเผือกได้ ซึ่งใหญ่กว่าราศีธนู A* ประมาณ 50 พันล้านเท่า ตามข้อมูลของ Markoff การจำแนกหลุมดำนี้ท่ามกลางดาวและดาวเคราะห์อื่นๆ หลายพันล้านดวงในดาราจักรนั้นคงเป็นเรื่องยากทีเดียว

หากต้องการสังเกตหลุมดำมวลยวดยิ่งที่ใจกลางดาราจักรทางช้างเผือก หรือเพื่อดูเป้าหมายอื่นของโครงการ – หลุมดำมวลมหาศาลที่แกนกลางของกาแล็กซีรูปไข่ยักษ์ใหญ่อย่าง Messier 87 – ทีม EHT ต้องเปลี่ยนโลกให้เป็นกล้องโทรทรรศน์เสมือนจริง แพลตฟอร์ม. นั่นเป็นเพราะพลังของกล้องโทรทรรศน์ในการแก้ไขภาพนั้นจำกัดอยู่ที่ขนาดของจานของมัน และด้วยการใช้เครื่องมือต่างๆ ทั่วโลก ทีมงานจะทำการแตกจานอย่างมีประสิทธิภาพและกระจายชิ้นส่วนไปทั่วโลกเพื่อสร้างดวงตาที่กว้างใหญ่

ที่เกี่ยวข้อง: หลุมดำขนาดมหึมานี้กำลังหมุนด้วยความเร็วแสงเพียงครึ่งเดียว!

กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ส่องสว่างโดยทางช้างเผือกและออโรราออสตราลิส (แสงใต้) ชมการประกาศถ่ายทอดสดของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์

กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้ส่องสว่างโดยทางช้างเผือกและออโรราออสตราลิส (แสงใต้) ชมการถ่ายทอดสดประกาศผลครั้งแรกของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ในวันที่ 10 เมษายน 2019 เวลา 9.00 น. EDT ที่นี่ .(เครดิตรูปภาพ: Daniel Michalik/กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้)

หอสังเกตการณ์กล้องโทรทรรศน์วิทยุที่เกี่ยวข้องกับการสังเกตการณ์ของ EHT ในปี 2560 ได้แก่ ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ในชิลี APEX (Atacama Pathfinder Experiment) ในชิลี IRAM 30m (Institut de RadioAstronomie Millimétrique) ในสเปน LMT (กล้องโทรทรรศน์ขนาดใหญ่มิลลิเมตร) ในเม็กซิโก; SMT (กล้องโทรทรรศน์ submillimeter) ในรัฐแอริโซนา JCMT (กล้องโทรทรรศน์ James Clerk Maxwell) ในฮาวาย SMA (SubMillimeter Array) ในฮาวาย และ SPT (กล้องโทรทรรศน์ขั้วโลกใต้) ในแอนตาร์กติกา

มีการสังเกตการณ์ร่วมกันในแถบรังสีเอกซ์และรังสีแกมมา

ราศีธนู A* อยู่เฉยๆ ซึ่งหมายความว่ามันไม่ได้กินดาวและก๊าซที่อยู่ใกล้ๆ มากนัก และปล่อยรังสีออกมา หลุมดำที่กระฉับกระเฉงแฝงตัวอยู่ภายใน Messier 87 หากต้องการดูหลุมดำมวลมหาศาลที่อยู่ใกล้เคียงและหลุมดำขนาดมหึมาที่อยู่ไกลออกไป กล้องโทรทรรศน์จำเป็นต้องสังเกต 'ช่วงทั้งหมดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ตั้งแต่วิทยุจนถึงรังสีแกมมา' Markoff กล่าว

เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งทำแผนที่บน GoogleMaps ด้วยข้อมูลจาก NASA และ TerraMetrics ชมการประกาศถ่ายทอดสดของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์

เครือข่ายกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ ซึ่งทำแผนที่บน GoogleMaps ด้วยข้อมูลจาก NASA และ TerraMetrics ชมการถ่ายทอดสดประกาศผลครั้งแรกของกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ในวันที่ 10 เมษายน 2019 เวลา 9.00 น. EDT ที่นี่ .(เครดิตรูปภาพ: กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์)

ไอน์สไตน์ถูก 100% หรือไม่?

ที่แกนหลักของโครงการ นักวิทยาศาสตร์ 200 คนของโครงการต้องการตอบคำถามสองข้อ ตามที่ Psaltis นักดาราศาสตร์และนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแอริโซนากล่าว อย่างแรกก็คือถ้าสามารถถ่ายภาพหลุมดำได้ แต่สิ่งสำคัญประการที่สองที่พวกเขาถามคือไอน์สไตน์พูดถูก 100 เปอร์เซ็นต์ว่าหลุมดำมีพฤติกรรมอย่างไร

'ไอน์สไตน์บอกเราเมื่อ 100 ปีที่แล้วว่าเงา [หลุมดำ] ขนาดและรูปร่างควรเป็นอย่างไร ถ้าเราสามารถวางผู้ปกครองข้ามเงานั้นได้ เราก็จะสามารถทดสอบทฤษฎีขอบเขตหลุมดำของไอน์สไตน์ได้' Doeleman กล่าว

ทีมงานยังต้องการสร้างแบบจำลองที่อธิบายหลุมดำในสถานการณ์ต่างๆ ซึ่งจะนำไปเปรียบเทียบกับการสังเกต EHT

อินโฟกราฟิกนี้แสดงการจำลองการไหลออก (สีแดงสด) จากหลุมดำและดิสก์สะสมรอบๆ ด้วยภาพจำลองของรูปทรงที่เป็นไปได้ทั้งสามของขอบฟ้าเหตุการณ์

อินโฟกราฟิกนี้แสดงการจำลองการไหลออก (สีแดงสด) จากหลุมดำและดิสก์สะสมรอบๆ ด้วยภาพจำลองของเงาของขอบฟ้าเหตุการณ์สามรูปทรงที่เป็นไปได้(เครดิตรูปภาพ: ESO/N. Bartmann/A. Broderick/C.K. Chan/D. Psaltis/F. Ozel)

ในงานที่อธิบายไว้ที่ SXSW ทีมงานได้ใช้หน่วยประมวลผลกราฟิก (GPU) เช่นเดียวกับที่ใช้ในคอนโซลวิดีโอเกมที่คุณชื่นชอบหรือคอมพิวเตอร์ของคุณ เพื่อสร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อมหลุมดำที่มีความหลากหลายตามสมมุติฐาน พวกเขาสร้างข้อมูลปริมาตร 3 มิติหลายร้อยกิกะไบต์เพื่อจำลองความเป็นไปได้ Psaltis กล่าวว่าโฟตอน พลาสมา ก๊าซ และสนามแม่เหล็กล้วนอธิบายไว้ในการคาดการณ์ของหลุมดำ

เมื่อได้รับแล้ว ทีมงานสามารถเปรียบเทียบภาพเงาของหลุมดำกับสถานการณ์ต่างๆ ที่ประมวลผลโดย GPU เพื่อสร้างแบบจำลองที่สมจริงที่สุดว่าหลุมดำมีพฤติกรรมอย่างไร โดยอิงจากความเข้าใจฟิสิกส์ในปัจจุบันของเรา

'สิ่งที่ภาพหลุมดำสามารถทำอะไรให้เราได้ ถ้าเราได้มันมา คือการเอาสิ่งที่สุดโต่งที่สุด การทำนายที่แปลกประหลาดที่สุดของสัมพัทธภาพทั่วไป หนึ่งในความสำเร็จอันยิ่งใหญ่ของจิตใจมนุษย์ [และ] รวมเข้าด้วยกัน Galison ศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดกล่าวว่าด้วยอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยที่สุดร่วมกับสเกลดาวเคราะห์ร่วมกับสถิติขั้นสูง [และ] เทคนิคการถ่ายภาพแบบใหม่ 'มันเหมือนกับการสร้างกล้องใหม่ด้วยฟิล์มชนิดใหม่ เลนส์ชนิดใหม่ รวมกับกล้องอื่น ๆ ทั้งหมดในคราวเดียว และถ้ามันเกิดขึ้นได้ ถ้าเราเข้าไปได้จริงและมองใกล้ขอบฟ้า .'

กาลิสันเสริมว่าภาพแรกของหลุมดำจะพิสูจน์โดยปราศจากความสงสัย — ปุนตั้งใจ — ว่าโครงสร้างขนาดมหึมา ทรงพลัง และเข้าใจยากเหล่านี้มีอยู่จริง

ติดตาม Doris Elin Salazar บน Twitter @salazar_elin . ตามเรามา บนทวิตเตอร์ @Spacedotcom และต่อไป Facebook .