Marginea întunericului: O privirea în gaura neagră de la centrul Căii Lactee

În încercarea de a vedea monstrul invizibil din centrul galaxiei

În centrul galaxiei noastre, o gaură neagră masivă înghite cu lăcomie materia din norii de praf din jurul său.

Încetul cu încetul, întinderi mari de material interstelar este înghiţit de acest carnivor galactic lacom, care, în rezultatul acestui proces a atins o masă de 4 milioane de ori mai mare ca acea a Soarelui nostru.

Super-masiva gaură neagră a Căii Lactee se află la o distanţă de 25 000 de ani lumină, învăluită de praf interstelar ea este înconjurată de clustere dense de stele,  şi, asemeni tuturor celorlalte găuri negre, e incapabilă să emită lumină.

Cu toate acestea, oamenii de ştiinţă cred că în curând vor fi în stare să facă o fotografie a acestui monstru – un lucru extraordinar de ambiţios, care va implica crearea unui telescop radio de mărimea efectivă a întregei noastre plante, a cărui funcţionare va implica oameni de ştiinţă de pe patru continente.

„Va fi foarte şi foarte greu să facem această fotografie, dar credem că acum avem capacitatea tehnologică necesară de a face acest lucru”, a spus astronomul Tom Muxlow de la Universitatea Manchester, cu sediul la Observatorul Jodrell Bank în Cheshire.

„Pentru a fi mai corecţi, noi noi nu vom face o fotografie directă a găurii negre de la centrul galaxiei noastre. Noi de fapt vom face o imagine al umbrei sale.

Aceasta va fi o imagine a siluetei sale ce alunecă prin faţa fundalului strălucitor de radiaţii din inima Căii Lactee.

Această fotografie va dezvălui pentru prima dată contururile unei găuri negre”.

Supermasiva gaură neagră a galaxiei noastre este, de asemnea, cunoscută sub numele de Săgetător A*, deoarece aceasta se află în constelaţia Săgetător şi colectarea datelor, care vor fi folosite pentru a crea imaginea, este setată să aibă loc în aprilie.

Totuşi, probabil, va fi nevoie de şase luni de muncă pentru a aduna observaţiile făcute de toate telescoapele componente al proiectului Event Horizon Telescope (en), care include instrumente de colectare la Polul Sud şi în Anzi, pe Hawaii şi în Europa.

Imaginea primită ar putea arăta foarte asemănător cu cea  creată de regizorul Christopher Nolan pentru filmul Interstellar.

Lucrând cu astrofizicul american Kip Thorne, Nolan a depus mult efort pentru a proiecta ceva ce ar semăna cu o gaură neagră „realistică” (en).

Gargantua, aşa cum este numită ea în film, este reprezentată ca o pată neagră rotundă, care atârnă ameninţător pe cer, cu răsuciri, luminoase şuviţe de materie ce se scurg în ea.

Aceste componente ale materiei sunt cunoscute sub numele de disc de acreţie.

„De fapt, discul de acreţie în jurul găurii negre din miezul galaxiei noastre e posibil să fie mai gros geometric, decât cel din Interstellar şi astfel ar putea arăta oarecum diferit”, spune Throne.

Cu toate acestea, majoritatea astronomilor cred că, gaura neagră din film este o bună reprezentare a ceea ce se va putea vedea atunci când Event Horizon Telescope îşi va face lucrul.

Gaura neagră este o regiune a spaţiului unde materia s-a prăbuşit în ea însăşi şi a fost comprimată până la o mărime incredibil de mică.

Vedeţi şi: 10 lucruri care trebuie să le ştiţi despre găurile negre

Atracţia sa gravitaţională este atât de mare, încât nimic nu poate scăpa din ea – nici măcar lumina.

Punctul de neîntoarcere, hotarul unde atracţia gravitaţională a găurii negre devine atât de mare, încât nimic nu mai poate eşi, este cunoscut ca orizont de evenimente.

„Orizontul de evenimente este o zonă în spaţiu-timp şi dacă treci dincolo de ea, atunci nu mai poţi eşi înapoi”, spune  Robert Laing, de la Observatorul European de Sud, un partener al proiectului.

„Nici măcar lumina nu poate eşi afară”.

Faptul că, lumina nu poate scăpa din gaurile negre, le face dificil de a le observa.

Însă, noi ştim că ele există, deoarece ele influenţează asupra stelelor, galaxiilor şi  norilor de praf din apropiere.

În timp ce discurile de materie se învârt în jurul găurii negre ele devin extrem de fierbinţi şi emit radiaţie electromagnetică ce poate fi detectată de telescoape.

„Această radiaţie va asigura fundalul pe care sperăm să vedem umbra găurii negre din inima galaxiei noastre”, a adăugat Muxlow.

Astronomii studiază găurile negre din mai multe motive. Ele sunt cruciale pentru încercările noastre de a înţelege formarea galaxiilor, de exemplu, proiectul EHT ar trebui să furnizeze observaţii vitale în acest sens.

Totuşi, scopul său principal este pur şi simplu de a testa Teoria relativităţii generale.

Vedeţi şi: O gaură neagră cinci-dimensională ar putea „zdrobi” relativitatea generală, spun fizicienii

Marea teorie a lui Einstein a rezistat bine examinării ştiinţifice pe parcursul ultimului secol – descoperirea recentă a undelor gravitaţionale, prezise de teoria relativităţii generale, a fost un bun exemplu.

Găurile negre, de asemenea, au fost prezise de lucrările lui Einstein şi, deşi, astronomii au cules suficiente informaţii pentru a fi siguri că ele există, structura şi forma lor rămâne neclară.

Vedeţi şi: 10 curiozitaţi din fizică şi lucruri ciudate

Event Horizon Telescope ar trebui  să aranjeze toate lucrurile la loc.

„Vrem să vedem dacă ideea unei găuri negre cu un orizont de evenimente corespunde, de fapt, cu realitatea, iar predicţiile cantitative a ceea cum ar trebui să arate umbra sa, sunt corecte”, spune Layng.

„În caz dacă, teoria relativităţii generale într-un fel sau altul este greşită, ar trebui, în cele din urmă, să fie posibilă identificarea abaterilor sale ce priveşte comportamentul şi forma umbrei super-masivei găuri negre din centrul galaxiei noastre”.

Cu alte cuvinte, în cazul în care ecuaţiile lui Einstein dau greş undeva, cel mai probabil loc pentru a vedea aceasta, este marginea unei găuri negre, unde structura spaţiu-timp este mai întinsă ca oriunde în cosmos.

După cum spune Laing: „Acesta este testul final”.

De exemplu, dacă umbra este stric circulară, acest lucru ar trebui să indice că gaura neagă a galaxiei noastre nu se roteşte.

Cu toate acestea, majoritatea predicţiilor sugerează că ele ar trebui să fie în rotaţie – ceea ce ar trebui să producă un disc cu o adâncitură în centru.

Producerea acestor probe va solicita o ingeniozitate şi o expertiză tehnologică la limitele astronomilor.

Cantităţile mari de date colectate de la observatoarele de pe planetă, vor trebui combinate într-o singură imagine, o colaborare internaţională, care este condusă de Shep Doeleman la Centrului Smithsonian pentru Astrofizică de la Harvard.

„Noi vom profita de faptul că, tot gazul şi praful care încearcă nebuneşte să cadă în gaura neagră se încălzeşte până la miliarde de grade, iar gaura neagră aruncă o umbră pe lumina intensă rezultată”, a declarat Doelman într-un interviu recent.

„Cu Event Horizon Telescope noi vom captura lumina din diferite puncte a suprafeţei Pământului, deoarece toate telescoapele noastre vor fi în acelaş timp cu ochii pe aceeaşi gaură neagră. Noi vom fixa această lumină. O vom înregistra pe hard-diskuri şi apoi le vom transmite înapoi la clusterul central de calcul”.

Computerul va crea  apoi imaginea găurii negre.

„Pentru a vedea prin praf şi alte materiale care se află între noi şi centrul galaxiei noastre, trebuie să folosim radiaţii, care sunt aproximativ de un milimetru  lungime de undă”, spune profesorul Tim O’Brien, un alt astronom de la Jodrell Bank.

„Aceasta este comparabilă cu lungimea de undă a luminii pe care o detectăm cu ochii noştri, care este de sute de ori mai scurtă în lungimi de undă”.

Această diferenţă are o consecinţă crucială. Studiind radiaţia cu  unde cu lungimi mai lungi, va permite mai uşor de privit prin centrul galaxiilor pline de praf, inclusiv prin cel al Căii Lactee.

Cu toate acestea, pentru a detecta şi studia astfel de radiaţii, astronomii au nevoie de instrumente care au o capacitate de colectare mai mare, necesară telescoapelor optice.

Pentru un instrument, conceput cu scopul de a studia radiţiile de milimetri lungime, veţi avea nevoie de un telescop, ce este de sute de ori mai mare decât cel optic obişnuit care adună radiaţii de o lungime mult mai scurtă.

„De fapt, dacă doriţi să observaţi în detalii un obiect care este atât de îndepărtat şi aşa de întunecat de praf, ca gaura neagră din centrul galaxiei, va trebui să proectaţi un telescop la fel de mare ca o întreagă planetă” spune O’Brien.

Construcţia unui telescop de dimensiunile unei planete preconizează tot felul de dificultăţi practice.

Din fericire, există modalităţi de a ocoli problema. Prin combinarea mai multor telescoape din diferite părţi ale lumii, este posibil de creat un mecanism care va avea o putere de colectare similară cu cea a unui dispozitiv de mărimea Pământului.

Tehnica este cunoscută sub numele de interferometrie de bază foarte lungă sau VLBI ( very long baseline interferometry) şi, în acest caz, se va crea un instrument cu o putere de observare fără precedent.

„Event Horizon Telescope este echivalentul unui telescop care ar permite să citiţi un titlu de ziar pe lună în timp ce vă aflaţi pe Pământ”, spune Muxlow.

Totuşi, Event Horizon Telescope a fost proiectat nu numai pentru a studia gaura neagră a Căii Lactee.

Astronomii au şi alte ţinte de observare pentru el.

În special, ei intenţionează să-l folosească în încercarea de a face imagini şi a altor obiecte, mult mai îndepărtate: a unei super-gigantice galaxii eliptice din constelaţia Fecioarei, cunoscută sub numele de M87 (en).

Ea este la 53 de milioane de ani lumină de Pământ şi, de asemenea, are o gaură neagră în centrul său.

„Gaura neagră a M87 este mult mai mare decât cea a galaxiei noastre, dar este şi mult mai departe, aşa că, va fi la fel de dificilă în studiere”, a spus Lang.

„Totuşi, gaura neagră din M85 este mult mai activă decât a noastră.  Ea suge materia din spaţiul înconjurător şi o ejactează din nou într-un jet spectaculos, pe când gaura noastră neagră este destul de calmă în prezent.

Ar fi foarte util de comparat aceste două găuri negre”.

Datele de la diferitele observatoare care alcătuiesc Event Horizon Telescope vor umple zeci de hard-diskuri, echivalentul a unui volum de informaţii ce se poate conţine în 10 000 de laptopuri.

Transportarea lor de la Telescopul Polul Sud, instrumentul cel mai îndepărtat al proiectului, cel mai probabil va dura săptămâni, dacă nu chiar şi luni.

Apoi datele trebuie combinate pe calculator.

„Presupun că va dura cel puţin nouă luni după colectarea observaţiilor, până vor fi compilate primele imagini” spune Muxlow.

Alte probleme care ar putea afecta colectarea fotografiilor intergalactice în Aprilie, include vremea, sau pentru a fi mai precişi nivelul vaporilor de apă în atmosferă.

Vaporii de apă fac ravagii prin observaţiile făcute la lungimi de undă de milimetri.

De aici reese şi plasarea observatorului Alma, sus în Anzi – Atacama este unul dintre cele mai uscate locuri din lume.

În mod similar, polul sud are şi el un climat de deşert, unde aproape niciodată nu au fost precipitaţii.

Aceasta va ajuta EHT la efectuarea observaţiilor, dar care uneori ar putea fi perturbate de vremea ce aduce nori de vapori de apă neaşteptaţi.

„Cu toate acestea, noi vom rămâne plini de speranţa că vom primi imaginea noastră în anul următor”, a spus Layng.

Sursa: The Guardian