Kara delik nedir? Resimler ve gerçek olacak
Science and Technology Daily Yu Ziyue'nin stajyer muhabiri
Kara delik, evrendeki en popüler "büyük kahve", astronomi ve fiziğin "sevgilisi". Büyük kütle, bir noktaya yakın hacim, her şeyi yutan yerçekimi kuvveti ve uzay-zamanın sonsuz derecede yüksek eğriliği, ışık bile "pençelerinden" kaçamaz.
Kaynak: NASA / Goddard Uzay Uçuş Merkezi
20. yüzyıldan beri insanlar kara deliklerin gizemini keşfetmekten asla vazgeçmediler. Bununla birlikte, dünya çapında 200'den fazla bilim insanının birkaç yıllık sıkı çalışmasının ardından, nihayet bu yıl 10 Nisan'da bir kara deliğin ilk fotoğrafını göreceğiz ve lütfunu göreceğiz.
Bilim adamları geçmişte kara deliklerin varlığını nasıl belirlediler? Bugün kara delikleri "fotoğraflamanın" zorluğu nedir? "Kamera" hangi alanlarda çığır açmıştır? Bir kara deliği "fotoğraflamaya" yönelik ilk girişimde, nesne seçimi için "bilgi" nedir?
Kara delikler "varoluş duygularını nasıl fırçalar?"
Çin Bilimler Akademisi Ulusal Astronomik Gözlemevi'nde araştırmacı olan Gou Lijun, Science and Technology Daily muhabirine yaptığı açıklamada, "Kara deliklerin boyutları küçüktür ve dünyadan uzaklık çok uzundur. Tek bir teleskopun çözünürlüğü ile sınırlıdır, kara deliği doğrudan göremeyiz."
Göremememe rağmen, bilim adamları varlığını uzun zaman önce öngörmüşlerdir. 18. yüzyılın başlarında, matematikçi Laplace ve diğerleri, kara delik kavramının prototipi olarak kabul edilebilecek klasik Newton evrensel çekimine dayanan "karanlık yıldızların" varlığını önerdiler.
Kaynak: Metro
1915'te Einstein, genel görelilik teorisini ortaya attı ve sonraki nesillerin bildiği Einstein alan denklemini verdi. 1916'da Alman gökbilimci Karl Schwarzschild, hesaplamalar yoluyla Einstein'ın kütleçekim alanı denkleminin vakum çözümünü elde etti; bu, uzayda bir noktada büyük miktarda madde yoğunlaşırsa, çevresinde garip olayların meydana geleceğini, yani bir Arayüz-Olay görünümü arayüzü Arayüze bir kez girdiğinizde ışık bile kaçamaz. Amerikalı fizikçi John Wheeler, canlı bir şekilde "kara delik" olarak bahsetti.
Schwarzschild, kara deliğin ilk çözümünü elde ettiğinden beri, birçok fizikçi de kendilerini bu "inanılmaz gök cismi" nin incelenmesine adamaya başladı. 1930'larda Amerikalı "Atom Bombasının Babası" Oppenheimer, yıldızların belirli koşullar altında çökerek kara delikler oluşturabileceğini keşfetti ve bu görüş, son yıllarda sayısal hesaplamalarla doğrulandı.
Siyahın içinde boşluk sonsuz şekilde bozulacak
Astronomik gözlem teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, gök cisimleri üzerine yapılan araştırmalar açıkça hesaplama düzeyinde bitmeyecek. Ama sorun şu ki, kara delikler diğer gök cisimlerinden farklı, ışığı bile yutabildikleri için insanlar uçsuz bucaksız evrende kara delikleri nasıl bulabilirler?
"Yıldızlararası Geçiş" filmindeki kara delik, çevreleyen parlak halka, gazdan yapılmış bir toplama diskidir.
"Bilim adamları, kara deliklerin çevreleyen gök cisimleri üzerindeki etkilerini ve etkilerini, örneğin yığılma diskleri ve jet fenomeni gibi ölçerek dolaylı olarak gözlemleyebilir veya üzerinde tahmin yürütebilirler." Gou Lijun, madde yutulduğunda maddenin yaklaşıp spiral bir yörünge boyunca düşeceğini söyledi. Merkezdeki kara deliğin içine, kara deliğin çevresinde disk şeklinde bir birikim diski oluşur. Kara deliğin çekim kuvveti altında, birikme diskindeki madde son derece hızlı bir şekilde kara deliğe düşer ve madde arasındaki sürtünme onun milyarlarca derece yüksek bir sıcaklığa kadar ısınmasına ve dolayısıyla radyasyon yaymasına neden olur.
Kara delikler, çevreleyen göksel maddeyi "emdiğinde", gazın bir kısmı, jet akışı olarak adlandırılan "yenilmeden" önce dönme ekseni yönünde yüksek enerjili parçacıkları fırlatır.
Sabit yıldız kara delik sisteminin şematik diyagramı
Toplama diskleri ve jetleri, evrendeki son derece parlak fenomenlerdir. 1964'te Amerikalı bilim adamları, sondaj roketini kullanarak Cygnus bölgesinde yanlışlıkla çok parlak bir X-ışını gök cismi keşfettiler ve bilim adamları ona "Cygnus X-1" adını verdiler. İnsanlık tarafından keşfedilen ilk kara delik adayı oldu.
Bu fotoğraf Cygnus X-1 ikili yıldız sisteminin bir X-ışını fotoğrafı.Bu, bilim adamlarının bir kara delik olduğundan şüphelendikleri ilk gök cismi. Fotoğraf 23 Mayıs 2001'de NASA'nın Marshall Uzay Uçuş Merkezi'ndeki bir ekip tarafından çekildi.
Bu, Cygnus X-1'in radyo bandı görüntüsüdür. Çarpının konumu kara deliğin konumunu gösterir. Görüntünün solunda (doğusunda) yıldızlararası toza ait yoğun bir gaz bulutu var. Cygnus X-1'deki kara delikten gelen güçlü jet, bu gaz bulutlarında bir "balon" üretti ve kara deliğin kuzey ve batı (sağ) taraflarına doğru genişledi.
O zamandan beri, insanlar, Cygni X-1'e benzer ve güneş kütlesinin onlarca katı kütleye sahip sabit yıldız kara delikleri ve güneşin kütlesinin yüzbinlerce ve milyonlarca katı olan süper kütleli kara delikler de dahil olmak üzere art arda çok sayıda kara delik keşfettiler. . Bilim adamları daha önce 10 güneş kütlesinden daha büyük kütleli kara deliklerin sayısının 100 milyondan fazla olması gerektiğini tahmin ediyorlardı.
Arayüz teleskopunu "kapsamlı" olarak görüntüleme
Kara delikleri sadece dolaylı bilgi yoluyla gözlemlemek, açıkçası bilim adamlarının merakını gidermek için yeterli değildir. 5 Nisan 2017'de Antarktika, Şili, Meksika, Hawaii, Arizona ve İspanya'da bulunan 8 milimetre altı radyo teleskopu aynı anda kara deliği gözlemledi ve bu 8 radyo teleskopunu ölçmek için Çok Uzun Temel Girişim Ölçümü (VLBI) kullandı. Teleskop, dünya-izleme arayüzü teleskopunun (EHT) çapına eşit bir açıklığa sahip süper "sanal" bir teleskop olarak yapılmıştır.
Teleskopların küresel dağılımının şematik diyagramı, kırmızı nokta teleskopun konumunu temsil eder (nature.com adresinden alınmıştır)
"Toplama diskinin radyasyonu esas olarak görünür ışıkta, ultraviyole ve X-ışını bantlarında." Dedi Gou Lijun, ancak toplama diskinin dışında, kara deliğin çevresinde ışık hızına yakın bir hızda hareket eden birçok yüksek hızlı hareket eden serbest elektron olacak. Elektronlar, elektromanyetik alanların etkisi altında radyo bandında senkrotron radyasyonu üretecek ve bu da arayüz teleskopunun "resim çekmesi" için koşullar yaratacaktır.
Gou Lijun Science and Technology Daily'ye verdiği demeçte, "Bu sefer gözlemlenen kara deliğin milimetrenin altındaki bandı radyo bandının en kısa kısmı ve sanal açıklık da dünyanın çapının boyutuna genişletildi, bu da sanal teleskobun çözünürlüğünü büyük ölçüde geliştirdi, böylece kara deliği gözlemleme girişimi gerçekleştirilebilir." muhabir.
Event Horizon Teleskopu, dört kıtada bulunan radyo teleskoplarından oluşuyor.Resimdeki sarı çizgi, bu teleskopları birbirine bağlayan "taban çizgisi" dir ve böylece yaklaşık dünya büyüklüğünde bir teleskop oluşturur.
Dünyanın çapı büyüklüğünde bir teleskop nasıl yapıldı? Basitçe söylemek gerekirse, VLBI, büyük bir teleskopun gözlem etkisini elde etmek için birkaç küçük teleskopu birleştirir. Çin Bilimler Akademisi Ulusal Astronomi Gözlemevi'nde araştırmacı olan Chen Xuelei Science and Technology Daily'den bir muhabirle yaptığı röportajda "VLBI teknolojisi kullanılarak gözlem için birden fazla teleskop ağ oluşturduğunda, sanal teleskopun açıklık boyutu en uzak iki teleskop arasındaki mesafeye bağlıdır." Dedi.
Gözleme katılan sekiz teleskopun coğrafi konumuna bakıldığında, Granada, İspanya ile Mauna Kea, Hawaii, ABD arasındaki mesafe, dünya ile yaklaşık aynı çapta olan yaklaşık 13.000 kilometredir.
Şili, Atacama'daki büyük milimetre dalga / milimetre altı dalga dizisindeki 4 düzlemli anten Bu dizinin eklenmesi, Event Horizon Teleskopunun hassasiyetini 10 kat artıracak.
"İki teleskop bir temel oluşturur. En uzun taban çizgisi, hedef gök cisiminin en ince ayrıntılarını sağlayabilir ve ağa ne kadar çok teleskop katılırsa, o kadar çok taban çizgisi, bileşik görüntünün kalitesi o kadar iyi, böylece insanlar hedefi görebilir. Farklı ölçeklerdeki gök cisimlerinin ayrıntıları. "Chen Xuelei dedi.
Bilim adamları bu "Big Mac Kamera" yı yaratmak için çok çaba sarf ettiler. "Fotoğraf çekmek" birkaç gün sürdü, ancak "fotoğraf yıkama" süreci 2 yıl sürdü. "Kızarma" süresi neden bu kadar uzun?
"Bu tür bir gözlem verisi işleme sadece bir dizi hazır yöntem değildir. Birden fazla teleskop arasındaki saat farkı ve zamanla teleskopların durumundaki küçük değişiklikler gibi sorunlar, gözlemin doğruluğunu etkileyecektir. Öte yandan, kara deliğin kendisi Aynı zamanda sürekli değişiyor. Bilim adamlarının 'kamerayı' kalibre etmek için yeni yöntemler keşfetmeleri ve sentezlenen görüntülerin kalitesini ve doğruluğunu iyileştirmek için modeller oluşturmaları gerekiyor. "Chen Xuelei, veri işleme sürecinde, işleme sonuçlarına ve verilere göre iyileştirmek için hesaplama yöntemini sürekli olarak ayarlamanın gerekli olduğuna dikkat çekti. Miktar çok büyük, bu yüzden uzun zaman alıyor. Bu büyük miktardaki veriyi işlemek için, MIT ve diğer kurumlardaki bilim adamlarının veri analizini hızlandırmak için yeni algoritmalar geliştirdiği bildirildi.
Şili'deki Atacama Büyük Milimetre Dalga Dizisi (ALMA) Teleskopu (ALMA resmi web sitesinden)
Radyo bandında çalışan görsel arayüz teleskopu "ekranı kaydırıyor", ancak daha iyi bir seçeneğimiz var mı? Çin Bilimler Akademisi Şangay Astronomik Gözlemevi müdür yardımcısı Yuan Feng, daha önce bir kara deliği gözlemlemek için bir optik teleskop kullanılırsa, birkaç kilometrelik bir açıklığa ve bir kızılötesi teleskopun 10-100 kilometre açıklığa sahip olması gerektiğini belirtti.
Chen Xuelei, "Birkaç kilometrelik, hatta onlarca kilometrelik tek açıklıklı optik veya kızılötesi teleskopların inşası açıkça çok büyük ve başarılması zor ve" Union Power "ın interferometrik teknolojisinin yukarıda belirtilen alanlarda uygulanması henüz olgunlaşmadı." Dedi. Teknik seviyede, gözlemleri "gruplamak" için geniş açıklıklı radyo teleskopları kullanmak en gerçekçi seçenektir.
"Fotoğraf" nesnesini seçmeyi öğrenin
Şimdiye kadar keşfedilen çok sayıda kara delik adayı arasında, bilim adamları neden Yay A * kara deliği ve M87 galaksisinin merkezi kara deliğini "fotoğraflamak" için "aşamalıyorlar"?
"Bu iki kara deliğin görünen boyutları, keşfettiğimiz kara deliklerin en büyüğüdür." Gou Lijun gazetecilere verdiği demeçte, görünen boyutun, gök cisimini dünyadan gözlemlediğimizde doğrudan gördüğümüz gök cismi boyutuna karşılık geldiğini söyledi. Bu, gök cisiminin çapına ve dünyadan uzaklığına bağlıdır. Aynı büyüklükteki bir gök cismi bizden ne kadar uzakta olursa, gökyüzünde o kadar küçük görünür.
Yay A * kara delik, Samanyolu'nun merkezinde yer almaktadır. "Göreceli olarak konuşursak, Yay A * kara deliği gözlemlediğimiz en büyük kara delik değil, ancak dünyaya en yakın olanı ve kara delik fiziğini incelemek için en iyi nesne olarak kabul ediliyor." Gou Lijun, M87 galaksi kara deliğinin "yağ" ı ile tanındığını söyledi. Kütlesinin güneş kütlesinin birkaç milyar katı olduğu tahmin edilmektedir.
"Kara deliklerle ilgili önceki kanıtlar doğrudan değildi. Bu" fotoğraflama ", iki kara deliğin" gövdesini doğrulamak "için en doğrudan kanıtı elde edebilir, önceki dolaylı gözlemlerin ve spekülasyonların doğru olup olmadığını teyit edebilir ve gelecekteki araştırma ve gözlemler için bilgi sağlayabilir. Bir test yolu. "Gou Lijun dikkat çekti.
Bir yerçekimi merceğiyle simüle edilen ve galaksinin arka planında çarpık bir görüntü gösteren bir kara delik
Bu "fotoğraflama" aynı zamanda bazı temel fizik araştırmaları için veri sağlayabilir veya jetlerin oluşumu gibi astronomik olayların nedenlerini açıklayabilir.Bilim adamları, kara delik dönüşlerinin jetler için bir enerji kaynağı olup olmadığını açıklamayı umuyorlar. Kara deliğin görsel arayüzünün boyutunu ve şeklini gözlemleyerek, Einsteinın yerçekimi teorisini süper kütleli bir kara deliğin etrafındaki uç boşlukta ilk kez doğrulamak mümkün olabilir. Hatta bazı insanlar bu "fotoğrafın" kara deliklerden farklı bilinmeyen nesneleri bulabileceğini umuyor, bu da madde kendi ağırlığından dolayı çöktüğünde ne olabileceğini açıklamak için kullanılabilir.
Yüzlerce yıllık araştırma, ilk kara delik fotoğrafına şahit olmak ne kadar şanslı. Elbette kara delikleri ve daha da gizemli gök cisimlerini ortaya çıkaran "başörtüsü" sadece ilk adım ve gelecekte her zaman yollarda olacağız.
Kaynak: Science and Technology Daily Metindeki resimler, açıklamalar haricinde internetten alınmıştır.
Sorumluluk Reddi: Bu makale daha fazla bilgi vermek amacıyla yeniden üretilmiştir. Kaynak etiketlemede bir hata varsa veya yasal haklarınızın ihlali söz konusuysa, lütfen sahiplik sertifikası ile web sitesi ile iletişime geçin, zaman içinde düzeltip sileceğiz, teşekkür ederiz.
Kaynak: Science and Technology Daily
