Nobeli preemia ja esimene musta augu pilt

Ilmselt olete kuulnud uudiseid esimese musta augu pildi kohta, mille teadlane on postitanud. See pilt oli hämmastav uudis mitte ainult astronoomia valdkonna, vaid ka kogu maailma jaoks. See pilt oli esimene samm uue infovärava poole. Universum saab iga uue teabega rohkem valgustust ja tänu sellele oleme võimelised paremini mõistma kõiki meie planeedi taga asuvaid saladusi.

Hiljuti nägime, kuidas kaheteistkümnele laureaadile anti 2020. aasta Nobeli preemia ning kuidas üks neist andis oma teadusuuringute ja avastustega märkimisväärse panuse inimkonnale. Nad kõik on hämmastavad teadlased ja me tahaksime siinkohal rääkida igast neist, kuid täna räägime esimese musta augu pildi konteksti paremaks selgitamiseks ja mõistmiseks Nobeli füüsikapreemia laureaatide Roger Penrose'i, Reinhard Genzeli ja Andrea Ghez'i tööst.

Nobeli auhinna ametliku veebilehe kohaselt tunnustati laureaate "avastuse eest, et mustade aukude teke on üldise relatiivsusteooria kindel ennustus" ja "meie galaktika keskmes asuva supermassiivse kompaktse objekti avastamise eest". Penrose tõestas muljetavaldavate matemaatiliste meetoditega, et mustad roolid on seotud Einsteini relatiivsusteooriaga, samas kui Reinhard Genzel ja Andrea Ghez tööga leidsid ümberlükkamatuid tõendeid, et meie Linnutee galaktika keskmes on tõepoolest must auk, mida tänapäeval tuntakse nime Sagittarius A* all.

Selleks, et teemast täielikult aru saada, peame teadma mõningaid põhimõisteid mustade aukude kohta, näiteks: "Mis on must auk?"; "Millest nad koosnevad?"; "Millest nad on tehtud?". Kust me saame ühe leida?"

Esimene asi, mida me peame teadma, on mõiste, mida kasutatakse palju paljudes astronoomia valdkonna teemades, milleks on mõiste "mis on aegruum". Ruumiaeg on neljamõõtmeline mannekeen, kolm dimensiooni ruumi ja üks dimensioon aega, koordinaatsüsteemis oleks meil (x,y,z,t). Huvitav on see, et ühte punkti selles koordinaatsüsteemis nimetatakse sündmuseks. Sellega saame musta augu definitsiooni.

Must auk on ruumiaja piirkond kus gravitatsioon on nii, aga niiiiiii tugev, et ükski gaas, tolm, osake või isegi valgus ei suuda sellest välja murda! Nad kõik tõmbuvad TUGEVALT läbi gravitatsioonijõu musta auku ja kaovad, minnes kohta, mis on teadlastele tänaseni teadmata. Huvitav on see, et kui isegi valgus ei suuda sellest jõust vabaneda, siis on võimatu musta auku näha või isegi teada, kus see on. On nagu püüda näha musta objekti mustal taustal, ei näe, või kui näed, siis on väga raske. Niisiis, kuidas teadlane seda teeb?

Teoreetiliselt tekivad mustad augud tavaliselt siis, kui väga massiivne, Päikesest palju raskem täht oma elu lõpul kokku kukub. Mass on väga oluline tegur, mis otsustab, kas surnud täht muutub mustaks auguks või neutrontäheks. See ülimassiline täht surutakse gravitatsiooni tõttu väga väikesesse ruumi ja musta augu moodustamiseks võib see kompaktne mass üldise relatiivsusteooria kohaselt ruumi aega deformeeruda.

See ruumiaja deformatsioon tekitab gravitatsioonilise kiirendusjõu, mis on suunatud tiheda massiga keha keskmesse. Ja selle jõu tõttu hakkavad musta augu lähedal või läheduses olevad gaas ja osakesed omandama pöörlemiskiirust, olles sunniviisiliselt tõmmatud musta augu sisse. Seda nähtust nimetatakse Akkretsioonikett.

See gravitatsiooni- ja hõõrdejõud põhjustab, et kõik elektrilaenguga gaasid ja osakesed tekitavad mitte ainult temperatuuri tõusu, vaid ka elektromagnetilist kiirgust eri sagedustel, näiteks infrapuna- või röntgenikiirgust. Selle hämmastava omaduse tõttu saab musta auku "näha". See on hea, kuid ei lihtsusta teadlase tööd 100protsendiliselt, teil on sagedus, mida saab jälgida, kuid te ei saa siiski öelda "oh vaata, must auk seal taevas". Me ei saa musta augu valgust käsitleda võrdselt tavalise tähega, need on üksteisest väga erinevad. Aga hea uudis on see, et alguse must objekt on nüüd veidi valgustatud mustal taustal.

Esimesel pildil mustast august näeme akkretsiooniketta. Must auk on antud juhul 6,5miljonit korda raskem kui meie Päike ja asub Messier 87 galaktikas, 53miljonite valgusaastate kaugusel Maast. Pilt sai võimalikuks kaheksa erineva teleskoobi, Event Horizon Telescope'i ja mõnede teiste kosmoseteleskoopide missioonide ajatööga üle maailma, üheskoos jäädvustasid nad 2017. aasta aprillis samal ajal andmeid M87-st. Igaüks neist jäädvustab mustast august erinevaid andmeid, siis viimaks pandi kõik kokku, moodustades pildi. See võib tunduda lihtsa ja ühe sammuna, kuid teadlane pidi kõvasti tööd tegema, et mõista täielikult kõiki andmeid ja seda, kuidas nendega ümber käia, millist algoritmi kasutada ja kuidas seda kasutada.

Genzel näitas 1997. aastal avaldatud artiklis, et viie erineva aasta, 1992-1996, kogutud andmed jäädvustavad kiiresti liikuvaid tähti Sgr A* vahetus läheduses ning et nende tähtede keskel asub väga suur ja raske tume mass. "Sellise tiheduse juures ei ole tavaliste tähtede, tähtede jäänuste või substellaarsete üksuste stabiilset konfiguratsiooni", seisab artiklis (GENZEL et al., 1997). Järeldades, et "Linnutee südames peab olema massiivne must auk".

Teises 1998. aastal avaldatud Ghez'i artiklis avastati kahe aasta jooksul samas kohas sama liikuvate alguste muster, nagu on öeldud artiklis "nii tähtede pinna tiheduse kui ka kiiruse dispersiooni tipud on kooskõlas musta augu kandidaadi (tollal veel kandidaadi) Sgr A* asukohaga" (GHEZ et al., 1998). Uuringus kasutatud pildid saadi lähiinfrapuna lainepikkustel, mis on selline sagedus, mida kiirgab akkretsioonikett.

Siin on lühike nimekiri nendest artiklitest:

GENZEL, R. et al. On the nature of the dark mass in the centre of the Milky Way. Kuningliku Astronoomiaühingu kuukirjad (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), v. 291, nr. 1, lk. 219-234, 11 out. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Evidence for a Supermassive Black Hole at the Center of Our Galaxy. The Astrophysical Journal, v. 509, nr. 2, lk. 678-686, dets. 1998.

GHEZ, A. M. et al. Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits. The Astrophysical Journal, v. 689, n. 2, lk. 1044-1062, dets. 2008.

Kas universum ei olegi nii ilus?

Kõik see on juba uskumatu, kuid on veel palju rohkem, nagu David Haviland Nobeli füüsikakomitee esimees ütles "...need eksootilised objektid tekitavad veel palju küsimusi, mis kerjavad vastuseid ja motiveerivad tulevasi uuringuid. Mitte ainult küsimusi nende sisemise struktuuri kohta, vaid ka küsimusi selle kohta, kuidas testida meie gravitatsiooniteooriat mustade aukude vahetus läheduses valitsevates äärmuslikes tingimustes". Ja me jääme siia, ootame aga järgmist pausi! Vahepeal täname selle aasta laureaate Roger Penrose, Reinhard Genzel ja Andrea Ghez, sa oled vinge!

Kui soovite lugeda ka Roger Penrose'i töö kohta, siis siin on mõned artiklid, mis kirjeldavad tema tööd. Üks neist avaldati koos legendaarse Stephen Hawking. Saate vaadata ka neid artikleid siin:

HAWKING, S.; PENROSE, R. Ruumi ja aja olemus. American Journal of Physics, v. 65, nr. 7, lk. 676-676, 1. juuli 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Energia säilimine kui relatiivse mehaanika alus. II. American Journal of Physics, v. 33, n. 12, lk. 995-997, 1 dets. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. Lähenemine gravitatsioonikiirgusele spinnikoefitsientide meetodi abil. Journal of Mathematical Physics, v. 3, n. 3, lk. 566-578, 1 maio 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Energia säilimine kui relatiivse mehaanika alus. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, lk. 55-59, 1. jan. 1965.

Kui teil on tulemas projekt või esitlus mis tahes astronoomia valdkonna kohta, saate kasutada Mind the Graph-d, et muuta oma sisu tõhusamaks, didaktilisemaks ja lõbusamaks! Me teame, et on raske saada häid pilte teemal, nii et me oleme siin, et aidata teid selles, saate vaadata meie sisu astronoomia kohta siinsamas.

Mind the Graph-st leiad kõik vajaliku ja kui ei leia, siis me aitame sind!

Parandame üheskoos teaduse kommunikatsiooni! Kas olete valmis proovima?

Nobeli preemia ja esimene musta augu pilt

Tellige meie uudiskiri

Fabricio Pamplona kohta