Premiul Nobel și prima imagine a găurii negre

Probabil că ați auzit știrea despre prima fotografie a găurii negre postată de un om de știință. Imaginea a fost o veste uimitoare nu numai pentru domeniul astronomiei, ci și pentru întreaga lume. Această imagine a fost primul pas spre o nouă poartă a informației. Universul devine din ce în ce mai luminat cu fiecare nouă informație și datorită acestui fapt suntem capabili să înțelegem mai bine toate misterele de dincolo de planeta noastră.

Recent, am văzut cum doisprezece laureați au fost recompensați cu Premiul Nobel 2020 și cum unul dintre ei a contribuit în mod remarcabil la dezvoltarea omenirii prin cercetările și descoperirile sale. Cu toții sunt cercetători extraordinari și ne-ar plăcea să vorbim despre fiecare dintre ei aici, dar astăzi, pentru o mai bună explicație și înțelegere a contextului primei imagini a găurii negre, vom vorbi despre activitatea laureaților Roger Penrose, Reinhard Genzel și Andrea Ghez, laureați ai Premiului Nobel pentru Fizică.

Potrivit site-ului oficial al Premiului Nobel, laureații au fost recunoscuți "pentru descoperirea faptului că formarea găurilor negre este o predicție solidă a teoriei generale a relativității" și "pentru descoperirea unui obiect compact supermasiv în centrul galaxiei noastre". Penrose, prin metode matematice impresionante, a demonstrat că rolurile negre au legătură cu teoria relativității a lui Einstein, în timp ce lucrările lui Reinhard Genzel și Andrea Ghez au descoperit dovezi irefutabile că există într-adevăr o gaură neagră în centrul galaxiei noastre Calea Lactee, cunoscută astăzi sub numele de Sagittarius A*.

Pentru a înțelege pe deplin tema, trebuie să cunoaștem câteva concepte de bază despre găurile negre, cum ar fi: "Ce este o gaură neagră?"; "Din ce sunt făcute? Unde putem găsi una?".

Primul lucru pe care trebuie să îl cunoaștem este un concept foarte folosit în multe subiecte din domeniul astronomiei, și anume noțiunea de spațiu-timp. Spațiu-timpul este o mulțime cu patru dimensiuni, trei dimensiuni de spațiu și o dimensiune de timp, într-un sistem de coordonate am avea (x,y,z,t). Un fapt interesant este că un singur punct din acest sistem de coordonate se numește eveniment. Acestea fiind spuse, putem obține definiția unei găuri negre.

Gaura neagră este o regiune spațiu-timp unde gravitația este atât de dar atât de tare încât orice gaz, praf, particulă sau chiar lumina nu se poate desprinde de ea! Toate sunt atrase PUTERNIC prin forța gravitațională în gaura neagră și dispar, mergând într-un loc care rămâne necunoscut și astăzi pentru oamenii de știință. Partea interesantă aici este că, dacă nici măcar lumina nu se poate elibera de această forță, este imposibil să se vadă o gaură neagră sau chiar să se știe unde se află una. Este ca și cum ai încerca să vezi un obiect negru pe un fundal negru, nu poți vedea, sau dacă vezi, este foarte greu. Deci, cum reușesc oamenii de știință să facă acest lucru?

În teorie, găurile negre se formează de obicei atunci când o stea foarte masivă, mult mai grea decât soarele, se prăbușește la sfârșitul vieții sale. Masa este un factor foarte important pentru a decide dacă steaua moartă se va transforma într-o gaură neagră sau într-o stea neutronică. Această stea supermasivă este comprimată într-un spațiu foarte mic din cauza gravitației, iar pentru a forma o gaură neagră, masa compactă poate deforma spațiul-timp, conform teoriei relativității generale.

Această deformare a spațiu-timpului creează o forță de accelerație gravitațională îndreptată spre centrul corpului de masă densă. Din cauza acestei forțe, gazele și particulele din apropierea sau din vecinătatea găurii negre încep să capete o viteză de rotație, fiind atrase cu forța în gaura neagră. Acest fenomen se numește Disc de acreție.

Această forță gravitațională și de frecare face ca toate gazele și particulele cu sarcini electrice să genereze nu numai creșterea temperaturii, ci și o radiație electromagnetică cu frecvențe diferite, cum ar fi infraroșu sau raze X. Datorită acestei caracteristici uimitoare, o gaură neagră poate fi "văzută". Acest lucru este bun, dar nu facilitează în totalitate munca oamenilor de știință: aveți o frecvență pe care o puteți urmări, dar tot nu puteți spune "oh, uite, o gaură neagră acolo pe cer". Nu putem trata lumina găurii negre la fel ca pe cea a unei stele obișnuite; ele sunt foarte diferite una de cealaltă. Dar vestea bună este că obiectul negru de la început este acum ușor luminat în fundalul negru.

În prima imagine a găurii negre, putem vedea discul de acreție. În acest caz, gaura neagră este de 6,5 milioane de ori mai grea decât Soarele nostru și se află în galaxia Messier 87, la 53 de milioane de ani-lumină de Pământ. Imaginea a fost posibilă cu ajutorul cronometrărilor de la opt telescoape diferite din întreaga lume, Event Horizon Telescope și alte câteva misiuni ale unor telescoape spațiale, împreună captează în același timp date din M87, în aprilie 2017. Fiecare dintre ele captează date diferite de la gaura neagră, apoi, mai târziu, totul a fost pus laolaltă formând imaginea. Poate părea un lucru ușor și într-o singură etapă, dar cercetătorii au trebuit să muncească din greu pentru a înțelege pe deplin toate datele și cum să le trateze, ce algoritm să folosească și cum să îl folosească.

Într-un articol publicat în 1997, Genzel a arătat că datele colectate în cinci ani diferiți, din 1992 până în 1996, surprind stele în mișcare rapidă în imediata vecinătate a lui Sgr A* și că în mijlocul acestor stele se află o masă întunecată foarte mare și grea. "Nu există o configurație stabilă de stele normale, rămășițe stelare sau entități substelare la acea densitate", se arată în articol (GENZEL et al., 1997). Concluzionând, "trebuie să existe o gaură neagră masivă în centrul Căii Lactee".

Într-un alt articol publicat în 1998 de Ghez, un studiu de doi ani a detectat același model de începuturi de mișcare în același loc, după cum se spune în articol "vârfurile atât ale densității suprafeței stelare, cât și ale dispersiei vitezei sunt în concordanță cu poziția găurii negre candidate (încă candidate la acel moment) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). Imaginile folosite în studiu au fost obținute prin lungimi de undă în infraroșu apropiat, tipul de frecvență emisă de discul de acreție.

Iată o scurtă listă cu aceste articole:

GENZEL, R. et al. On the nature of the dark mass in the centre of the Milky Way. Anunțurile lunare ale Societății Astronomice Regale (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society), v. 291, nr. 1, p. 219-234, 11 out. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Dovezi ale existenței unei găuri negre supermasive în centrul galaxiei noastre. Revista Astrophysical Journal, v. 509, n. 2, p. 678-686, dez. 1998.

GHEZ, A. M. et al. Măsurarea distanței și a proprietăților găurii negre supermasive centrale a Căii Lactee cu ajutorul orbitelor stelare. Revista Astrophysical Journal, v. 689, n. 2, p. 1044-1062, dez. 2008.

Nu-i așa că universul este atât de frumos?

Toate acestea sunt deja incredibile, dar mai sunt încă multe de făcut, așa cum a spus David Haviland, președintele Comitetului Nobel pentru Fizică: "...aceste obiecte exotice ridică încă multe întrebări care cer răspunsuri și care motivează cercetări viitoare. Nu numai întrebări despre structura lor interioară, ci și întrebări despre cum să testăm teoria noastră a gravitației în condițiile extreme din imediata vecinătate a unei găuri negre". Și noi vom fi aici, așteptând totuși cu nerăbdare următoarea pauză! Între timp, le mulțumim laureaților din acest an Roger Penrose, Reinhard Genzel și Andrea Ghez, ești minunat!

Dacă doriți să citiți și despre activitatea lui Roger Penrose, iată câteva articole care descriu activitatea sa. Unul dintre ele a fost publicat împreună cu legendarul Stephen Hawking. Puteți consulta aceste articole și aici:

HAWKING, S.; PENROSE, R. The Nature of Space and Time. Jurnalul american de fizică, v. 65, nr. 7, p. 676-676, 1 iul. 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Conservarea energiei ca bază a mecanicii relativiste. II. American Journal of Physics, v. 33, nr. 12, p. 995-997, 1 dec. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. An Approach to Gravitational Radiation by a Method of Spin Coefficients. Journal of Mathematical Physics, v. 3, nr. 3, p. 566-578, 1 mai 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Conservarea energiei ca bază a mecanicii relativiste. American Journal of Physics, v. 33, n. 1, p. 55-59, 1 ian. 1965.

Dacă aveți un proiect sau o prezentare despre orice domeniu al astronomiei, puteți folosi Mind the Graph pentru a vă face conținutul mai eficient, didactic și distractiv! Știm că este greu să obții imagini bune pe temă, așa că suntem aici pentru a te ajuta cu asta, poți verifica conținutul nostru despre astronomie chiar aici..

Puteți găsi în Mind the Graph tot ceea ce aveți nevoie, iar dacă nu, vă putem ajuta!

Haideți să îmbunătățim împreună comunicarea în știință! Sunteți gata să încercați?

Premiul Nobel și prima imagine a găurii negre

Abonează-te la newsletter-ul nostru

Despre Fabricio Pamplona