Nobelova nagrada in prva slika črne luknje

Verjetno ste slišali novico o prvi sliki črne luknje, ki jo je objavil znanstvenik. Slika je bila neverjetna novica ne le za astronomijo, ampak tudi za ves svet. Ta slika je bila prvi korak k novim vratom informacij. Vesolje je vsakič bolj osvetljeno z novimi informacijami in zaradi tega lahko bolje razumemo vse skrivnosti zunaj našega planeta.

Nedavno smo bili priča podelitvi Nobelove nagrade za leto 2020 dvanajstim nagrajencem, od katerih je eden s svojimi raziskavami in odkritji izjemno prispeval k človeštvu. Vsi so neverjetni raziskovalci in o vsakem od njih bi z veseljem spregovorili na tem mestu, vendar bomo danes za boljšo razlago in razumevanje konteksta prve slike črne luknje govorili o delu nagrajencev Rogerja Penrosea, Reinharda Genzela in Andrea Gheza, prejemnikov Nobelove nagrade za fiziko.

Na uradni spletni strani Nobelove nagrade je navedeno, da so nagrajenci prejeli priznanje "za odkritje, da je nastanek črnih lukenj trdna napoved splošne teorije relativnosti", in "za odkritje supermasivnega kompaktnega telesa v središču naše galaksije". Penrose je z impresivnimi matematičnimi metodami dokazal, da so črne luknje povezane z Einsteinovo teorijo relativnosti, Reinhard Genzel in Andrea Ghez pa sta s svojim delom neizpodbitno dokazala, da je v središču naše galaksije, danes znane pod imenom Sagittarius A*, res črna luknja.

Za popolno razumevanje teme moramo poznati nekaj osnovnih pojmov o črnih luknjah, kot so: "Kaj je črna luknja?"; "Iz česa so narejene? Kje jo lahko najdemo?"

Najprej moramo poznati pojem, ki se pogosto uporablja pri številnih temah na področju astronomije, in sicer pojem, kaj je prostor-čas. Prostor-čas je štiridimenzionalna množica, tri dimenzije prostora in ena dimenzija časa, v koordinatnem sistemu bi imeli (x,y,z,t). Zanimivo dejstvo je, da posamezno točko v tem koordinatnem sistemu imenujemo dogodek. S tem lahko dobimo definicijo črne luknje.

Črna luknja je območje prostor-časa kjer je gravitacija tako močna, da se ji ne more iztrgati noben plin, prah, delec ali celo svetloba! Vse jih gravitacijska sila močno pritegne v črno luknjo, kjer izginejo in odidejo v kraj, ki je znanstvenikom še danes neznan. Zanimivo pri tem je, da če se niti svetloba ne more osvoboditi te sile, je nemogoče videti črno luknjo ali celo vedeti, kje je. To je tako, kot če bi poskušali videti črn predmet v črnem ozadju - ne morete ga videti, če pa že, je to zelo težko. Kako torej znanstveniki to naredijo?

V teoriji črne luknje običajno nastanejo, ko zelo masivna zvezda, veliko težja od Sonca, ob koncu svojega življenja propade. Masa je zelo pomemben dejavnik pri odločanju, ali se bo mrtva zvezda spremenila v črno luknjo ali nevtronsko zvezdo. Ta zelo masivna zvezda je zaradi gravitacije stisnjena v zelo majhen prostor in za nastanek črne luknje lahko ta kompaktna masa v skladu s splošno teorijo relativnosti deformira prostor-čas.

Ta deformacija prostor-časa ustvarja gravitacijsko silo pospeška, ki je usmerjena v središče gostega masnega telesa. Zaradi te sile začnejo plin in delci v bližini črne luknje pridobivati hitrost vrtenja, saj jih prisilno pritegne v črno luknjo. Ta pojav se imenuje Akrecijski disk.

Ta gravitacijska sila in sila trenja povzročata, da vsi plini in delci z električnim nabojem ne povzročajo le dviga temperature, temveč tudi elektromagnetno sevanje z različnimi frekvencami, kot so infrardeči ali rentgenski žarki. Zaradi te neverjetne lastnosti lahko črno luknjo "vidimo". To je dobro, vendar ne olajša dela znanstvenikov 100-odstotno, saj imate frekvenco, ki jo lahko spremljate, vendar še vedno ne morete reči: "O, poglej, tam na nebu je črna luknja". Svetlobe črne luknje ne moremo obravnavati enako kot navadne zvezde; med seboj se zelo razlikujeta. Dobra novica pa je, da je črni predmet z začetka zdaj rahlo osvetljen v črnem ozadju.

Na prvi sliki črne luknje vidimo akrecijski disk. Črna luknja je v tem primeru 6,5-milijonkrat težja od našega Sonca in se nahaja v galaksiji Messier 87, 53 milijonov svetlobnih let od Zemlje. Sliko je bilo mogoče posneti s pomočjo časovnega dela osmih različnih teleskopov po vsem svetu, teleskopa Event Horizon Telescope in nekaterih drugih misij vesoljskih teleskopov, ki so aprila 2017 skupaj ob istem času zajeli podatke iz M87. Vsak od njih je zajel različne podatke o črni luknji, nato pa so vse skupaj sestavili v sliko. Morda se sliši kot enostavna in enostopenjska stvar, vendar se je moral znanstvenik zelo potruditi, da je v celoti razumel vse podatke in kako jih obravnavati, kateri algoritem uporabiti in kako ga uporabiti.

V članku, objavljenem leta 1997, je Genzel pokazal, da podatki iz petih različnih let, od 1992 do 1996, zajemajo hitro gibajoče se zvezde v neposredni bližini Sgr A* in da se v sredini teh zvezd nahaja zelo velika in težka temna masa. "Pri tej gostoti ni stabilne konfiguracije običajnih zvezd, zvezdnih ostankov ali podzvezdnih entitet," piše v članku (GENZEL et al., 1997). Zaključujejo, da "mora biti v jedru Mlečne ceste masivna črna luknja".

V drugem članku, ki ga je leta 1998 objavil Ghez, je dvoletna študija odkrila enak vzorec gibajočih se začetkov na istem mestu, kot je navedeno v članku: "vrhovi površinske gostote zvezd in disperzije hitrosti so skladni s položajem kandidata za črno luknjo (takrat še kandidata) Sgr A*" (GHEZ et al., 1998). Slike, uporabljene v študiji, so bile pridobljene z valovnimi dolžinami bližnje infrardeče svetlobe, torej s frekvenco, ki jo oddaja akrecijski disk.

Tukaj je kratek seznam s temi članki:

GENZEL, R. et al. O naravi temne mase v središču galaksije. Mesečna obvestila Kraljevega astronomskega društva, v. 291, št. 1, str. 219-234, 11 izv. 1997.

GHEZ, A. M. et al. High Proper-Motion Stars in the Vicinity of Sagittarius A\ast: Dokaz za supermasivno črno luknjo v središču naše galaksije. Astrofizikalna revija, v. 509, št. 2, str. 678-686, dez. 1998.

GHEZ, A. M. et al. Measuring Distance and Properties of the Milky Way's Central Supermassive Black Hole with Stellar Orbits (Merjenje razdalje in lastnosti osrednje supermasivne črne luknje v galaksiji z zvezdnimi orbitami). Astrofizikalna revija, v. 689, št. 2, str. 1044-1062, dez. 2008.

Ali ni vesolje tako lepo?

Vse to je že neverjetno, vendar je še veliko več, kot je dejal David Haviland, predsednik Nobelovega odbora za fiziko, "...ti eksotični predmeti še vedno postavljajo številna vprašanja, ki prosijo za odgovore in motivirajo prihodnje raziskave. Ne le vprašanja o njihovi notranji zgradbi, temveč tudi vprašanja o tem, kako preizkusiti našo teorijo gravitacije v ekstremnih razmerah v neposredni bližini črne luknje." In mi bomo tukaj, čeprav se že veselimo naslednjega odmora! Medtem se zahvaljujemo letošnjim nagrajencem Roger Penrose, Reinhard Genzel in . Andrea Ghez, si super!

Če želite prebrati tudi o delu Rogerja Penrosa, je tukaj nekaj člankov, ki opisujejo njegovo delo. Eden od njih je bil objavljen skupaj z legendarnim Stephen Hawking. Oglejte si tudi te članke tukaj:

HAWKING, S.; PENROSE, R. Narava prostora in časa. American Journal of Physics, v. 65, št. 7, str. 676-676, 1. jul. 1997.

EHLERS, J.; RINDLER, W.; PENROSE, R. Ohranjanje energije kot osnova relativistične mehanike. II. American Journal of Physics, v. 33, št. 12, str. 995-997, 1. dez. 1965.

NEWMAN, E.; PENROSE, R. Pristop h gravitacijskemu sevanju z metodo spinskih koeficientov. Journal of Mathematical Physics, v. 3, št. 3, str. 566-578, 1. maj 1962.

PENROSE, R.; RINDLER, W. Ohranjanje energije kot osnova relativistične mehanike. American Journal of Physics, letnik 33, št. 1, str. 55-59, 1. jan. 1965.

Če vas čaka projekt ali predstavitev o katerem koli področju astronomije, lahko s programom Mind the Graph poskrbite za učinkovitejšo, bolj didaktično in zabavno vsebino! Vemo, da je težko dobiti dobre slike na temo, zato smo tu, da vam pri tem pomagamo, preverite lahko naše vsebine o astronomiji tukaj.

V Mind the Graph lahko najdete vse, kar potrebujete, če pa ne, vam lahko pomagamo!

Skupaj izboljšajmo komunikacijo v znanosti! Ste pripravljeni poskusiti?

Nobelova nagrada in prva slika črne luknje

Naročite se na naše novice

O podjetju Fabricio Pamplona