กล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์ (Event Horizon Telescope) อาร์เรย์ของกล้องโทรทรรศน์วิทยุภาคพื้นดินแปดดวงที่ถูกสร้างขึ้นจากความร่วมมือระหว่างประเทศได้จับภาพหลุมดำมวลมหาศาลแห่งนี้ในใจกลางกาแลคซี M87 และเงาของมัน
(ภาพ: ©ความร่วมมือ EHT)
ในที่สุดหลุมดำก็ถูกลากออกมาจากเงามืด
เป็นครั้งแรกที่มนุษยชาติได้ถ่ายภาพหนึ่งของสัตว์จักรวาลที่เข้าใจยากเหล่านี้ส่องแสงบนอาณาจักรอวกาศที่แปลกใหม่ซึ่งอยู่ไกลเกินกว่าเคนของเรา
“ เราได้เห็นสิ่งที่เราคิดว่าไม่เหมาะสม” Sheperd Doeleman จากมหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์ฮาร์วาร์ด - สมิ ธ โซเนียนกล่าวในวันนี้ (10 เมษายน) ระหว่างการแถลงข่าวที่ National Press Club ในวอชิงตัน ดี.ซี.
Doeleman เป็นผู้กำกับโครงการ Event Horizon Telescope (EHT) ซึ่งจับภาพมหากาพย์ ภาพถ่ายสี่ภาพซึ่งได้รับการเปิดเผยในวันนี้ที่งานแถลงข่าวรอบโลกและในเอกสารเผยแพร่ตีพิมพ์เป็นรูปร่างของหลุมดำมอนสเตอร์ที่ซุ่มซ่อนอยู่ในใจกลางกาแลคซีทรงกลม M87
ภาพมีความคิดที่น่าเหลือเชื่อพอสมควร แต่สิ่งที่สำคัญยิ่งกว่าคือเส้นทางที่ผลลัพธ์ใหม่น่าจะลุกเป็นไฟนักวิจัยกล่าว
“ มีสาขาใหม่ให้สำรวจจริง ๆ ” Peter Galison ศาสตราจารย์ฟิสิกส์และประวัติศาสตร์วิทยาศาสตร์ที่ Harvard กล่าวในงาน EHT Talk เมื่อเดือนที่แล้วที่ South โดย Southwest (SXSW) เทศกาลที่ Austin, Texas “ และท้ายที่สุดสิ่งที่น่าตื่นเต้นมากเกี่ยวกับเรื่องนี้”
Galison ผู้ร่วมก่อตั้งสหพันธ์หลุมดำ (BHI) แห่งสหพันธ์ฮาร์วาร์ดได้ทำการเปรียบเทียบผลกระทบที่อาจเกิดขึ้นกับภาพถ่ายกับผลงานวาดของนักวิทยาศาสตร์ชาวอังกฤษ Robert Hooke ในยุค 1600 ภาพประกอบเหล่านี้แสดงให้คนเห็นว่าแมลงและพืชมีลักษณะอย่างไรผ่านกล้องจุลทรรศน์
"มันเป็นการเปิดโลก" กาลิสันพูดถึงงานของฮุก
กล้องโทรทรรศน์ขนาดเท่าโลก
EHT เป็นกลุ่มนักวิทยาศาสตร์มากกว่า 200 คนที่ทำงานอยู่ในนี้มานานกว่าสองทศวรรษ มันเป็นความพยายามระดับนานาชาติอย่างแท้จริง การระดมทุนในช่วงหลายปีที่ผ่านมามาจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติสหรัฐอเมริกาและองค์กรอื่น ๆ อีกมากมายในประเทศต่างๆทั่วโลก
โครงการใช้ชื่อของมันจากจุดที่มีชื่อเสียงของหลุมดำที่ไม่กลับมาอีกแล้วขอบเขตที่ไม่มีสิ่งใดแม้แต่แสงสามารถหนีจากเงื้อมมือแรงโน้มถ่วงของวัตถุได้
"ขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นกำแพงคุกขั้นสูงสุด" ผู้อำนวยการสร้าง BHI ผู้ก่อตั้ง Avi Loeb หัวหน้าแผนกดาราศาสตร์ของฮาร์วาร์ดกล่าวกับ Space.com (Loeb ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของทีม EHT) "เมื่อคุณเข้ามาแล้วคุณจะไม่สามารถออกไปได้"
ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะถ่ายภาพการตกแต่งภายในของหลุมดำเว้นแต่ว่าคุณจะเข้าไปอยู่ในนั้นได้ (คุณและภาพของคุณไม่สามารถกลับไปสู่โลกภายนอกได้แน่นอน)
ดังนั้น EHT จึงถ่ายภาพขอบฟ้าเหตุการณ์จับคู่ภาพเงาดำของหลุมดำ (ดิสก์ของก๊าซที่เคลื่อนที่เร็วหมุนวนไปรอบ ๆ และเข้าไปในหลุมดำปล่อยรังสีออกมาจำนวนมากดังนั้นเงาดังกล่าวจึงโดดเด่น)
“ เรากำลังมองหาการสูญเสียโฟตอน” Dan Marrone สมาชิกสภาวิทยาศาสตร์ EHT ศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนาบอก Space.com
โครงการได้ทำการตรวจสอบหลุมดำสองแห่งคือ M87 behemoth ซึ่งมีมวลประมาณ 6.5 พันล้านเท่าของมวลดวงอาทิตย์ของโลกและหลุมดำกาแลคซีทางช้างเผือกทางช้างเผือกของเราซึ่งรู้จักกันในชื่อ Sagittarius A * วัตถุหลังนี้ในขณะที่ยังคงเป็นหลุมดำมวลมหาศาลเป็นสัตว์แคระเมื่อเปรียบเทียบกับสัตว์ร้ายของ M87 ซึ่งมีมวลดวงอาทิตย์เพียง 4.3 ล้านดวง
วัตถุทั้งสองนี้เป็นเป้าหมายที่ยากลำบากเนื่องจากระยะทางอันไกลโพ้นจากโลก ราศีธนู A * อยู่ห่างจากเราประมาณ 26,000 ปีแสงและหลุมดำของ M87 นั้นอยู่ห่างออกไป 53.5 ล้านปีแสง
จากมุมมองของเราขอบฟ้าเหตุการณ์ของราศีธนู A * "มีขนาดเล็กจนเทียบเท่ากับการเห็นส้มบนดวงจันทร์หรือสามารถอ่านหนังสือพิมพ์ในลอสแองเจลิสในขณะที่คุณกำลังนั่งอยู่ในนิวยอร์กซิตี้" Doeleman กล่าว กิจกรรม SXSW เมื่อเดือนที่แล้ว
ไม่มีกล้องโทรทรรศน์เดี่ยวบนโลกที่สามารถทำการสังเกตการณ์นี้ได้ดังนั้น Doeleman และทีม EHT ที่เหลือต้องสร้างสรรค์ นักวิจัยได้เชื่อมโยงกล้องโทรทรรศน์วิทยุในรัฐแอริโซนาสเปนเม็กซิโกทวีปแอนตาร์กติกาและสถานที่อื่น ๆ ทั่วโลกสร้างเครื่องมือเสมือนขนาดของโลก
ข้อมูลมากมาย
ทีม EHT ได้ใช้ megascope นี้เพื่อศึกษาหลุมดำมวลมหาศาลสองหลุมที่ยาวเป็นเวลาสองสัปดาห์จนถึงเดือนเมษายน 2017 และอีกครั้งในปีถัดไป ภาพใหม่มาจากการสำรวจครั้งแรก
มีเหตุผลที่ดีว่าทำไมจึงต้องใช้เวลาสองปีกว่าที่ผลลัพธ์แรกของโครงการจะออกมา สิ่งหนึ่งที่การสังเกตการณ์ในแต่ละคืนนั้นสร้างข้อมูลประมาณ 1 เพตาไบต์ซึ่งส่งผลให้ทีมต้องย้ายข้อมูลจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง
"ไม่มีทางที่เราจะสามารถถ่ายโอนข้อมูลนี้ผ่านทางอินเทอร์เน็ต" นักวิทยาศาสตร์โครงการ EHT Dimitrios Psaltis ศาสตราจารย์ดาราศาสตร์แห่งมหาวิทยาลัยแอริโซนากล่าวในงาน SXSW "สิ่งที่เราทำจริง ๆ ก็คือเรานำฮาร์ดไดรฟ์ของเรามาและส่ง FedEx จากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งซึ่งเร็วกว่าสายเคเบิลใด ๆ ที่คุณสามารถหาได้"
แน่นอนว่าการวิเคราะห์นี้ช้าและซับซ้อน ยกตัวอย่างเช่นข้อมูลจากขอบเขต EHT ใกล้ขั้วโลกใต้ไม่สามารถลงแอนตาร์กติกาได้จนถึงเดือนธันวาคม 2560 เมื่อมันอุ่นพอที่เครื่องบินจะเข้าและออก Marrone กล่าว
ความสัมพันธ์และการปรับเทียบข้อมูลนั้นก็ยุ่งยากเช่นกัน และทีมงานก็ให้ความสำคัญกับงานนี้เป็นอย่างมาก
“ ถ้าคุณจะมาพร้อมกับการอ้างสิทธิ์ครั้งใหญ่ของการถ่ายภาพหลุมดำคุณต้องมีหลักฐานขนาดใหญ่หลักฐานที่แข็งแกร่งมาก” Doeleman กล่าวในงาน SXSW (ซึ่งทำหน้าที่เป็นผู้อธิบายความพยายาม EHT แต่ไม่ได้ประกาศ ผลลัพธ์ใด ๆ )
“ และในโครงการของเราเรามักคิดว่าคนอย่าง [อัลเบิร์ต] ไอน์สไตน์ [อาร์เธอร์] เอ็ดดิงตัน [และคาร์ล] ชวาร์ซไชลด์กำลังมองไหล่ของเรา” เขากล่าวเสริมอ้างถึงนักฟิสิกส์ที่ช่วยบุกเบิกความเข้าใจเรื่องหลุมดำ “ และเมื่อคุณมีผู้ทรงคุณวุฒิในการตรวจสอบงานของคุณคุณต้องการทำให้ถูกต้อง”
มันหมายถึงอะไรทั้งหมด
โครงการ EHT มีเป้าหมายหลักสองประการ Psaltis กล่าวว่า: เพื่อจัดทำเส้นขอบฟ้าเหตุการณ์เป็นครั้งแรกและเพื่อช่วยตัดสินว่าทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปของ Einstein ต้องการการแก้ไขใด ๆ หรือไม่
ก่อนที่ไอน์สไตน์จะมาพร้อมกันแรงโน้มถ่วงมักถูกมองว่าเป็นพลังลึกลับในระยะไกล แต่ทฤษฏีสัมพัทธภาพทั่วไปอธิบายว่ามันเป็นการแปรปรวนของอวกาศ - เวลา: วัตถุขนาดใหญ่เช่นดาวเคราะห์ดวงดาวและหลุมดำก่อให้เกิดการลดลงของเวลาว่างในอวกาศเมื่อลูกโบว์ลิ่งวางอยู่บนแทรมโพลีน วัตถุที่อยู่ใกล้เคียงจะตามโค้งนี้และพุ่งเข้าหามวลส่วนกลาง
ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไปจัดขึ้นได้ดีอย่างไม่น่าเชื่อมานานนับศตวรรษนับตั้งแต่มีการเปิดตัวผ่านการทดสอบทุกครั้งที่นักวิทยาศาสตร์โยนทิ้งไป แต่ข้อสังเกตของ EHT นั้นให้การทดลองอีกครั้งหนึ่งในดินแดนสุดขั้วซึ่งการคาดการณ์อาจไม่ตรงกับความเป็นจริง นั่นเป็นเพราะนักดาราศาสตร์สามารถคำนวณขนาดและรูปร่างที่คาดหวังของขอบฟ้าเหตุการณ์โดยใช้ทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป Psaltis อธิบาย
ถ้าภาพเงาที่สังเกตเห็นนั้นตรงกับแบบจำลองทางทฤษฎี "ไอน์สไตน์พูดถูก 100%" Psaltis กล่าว "ถ้าคำตอบคือไม่เราก็ต้องปรับทฤษฎีของเขาเพื่อให้มันทำงานกับการทดลองได้นี่คือวิธีวิทยาศาสตร์"
และเราได้เรียนรู้ในวันนี้ว่าไม่จำเป็นต้องมีการปรับแต่งอย่างน้อยตอนนี้การสังเกต M87 ของ EHT นั้นสอดคล้องกับความสัมพันธ์ทั่วไปสมาชิกในทีมกล่าว กล่าวคือขอบฟ้าเหตุการณ์เกือบเป็นวงกลมและมีขนาด "ถูก" สำหรับหลุมดำของมวลอันยิ่งใหญ่นั้น
"ฉันต้องยอมรับว่าฉันตกใจนิดหน่อยที่มันตรงกับการคาดการณ์ที่เราทำไว้" สมาชิกในทีม EHT Avery Broderick จาก University of Waterloo และ Perimeter Institute for Theoretical Physics ในแคนาดากล่าวในระหว่างการแถลงข่าววันนี้ .
การยึดถือความจริงดังกล่าวมีความสำคัญต่อกระบวนการทางวิทยาศาสตร์แน่นอน แน่นอนการให้ข้อมูลที่ดีกว่าเพื่อป้อนเข้าสู่ทฤษฎีและการจำลองอาจเป็นหนึ่งในการมีส่วนร่วมที่ยิ่งใหญ่ที่สุดของ EHT Loeb กล่าว
"การทำฟิสิกส์เป็นบทสนทนากับธรรมชาติ" เขากล่าว "เราทดสอบแนวคิดของเราโดยเปรียบเทียบกับการทดลองข้อมูลการทดลองเป็นสิ่งสำคัญ"
ผลลัพธ์ใหม่ควรช่วยนักวิทยาศาสตร์ให้จัดการหลุมดำได้ดีขึ้นเขาและนักวิจัยคนอื่นกล่าว ตัวอย่างเช่นภาพถ่าย EHT น่าจะส่องแสงที่มีนัยสำคัญเกี่ยวกับวิธีการที่ก๊าซหมุนวนลงไปในกระเพาะของหลุมดำ กระบวนการเพิ่มปริมาณนี้ซึ่งสามารถนำไปสู่การสร้างไอพ่นรังสีที่ทรงพลังนั้นเป็นที่เข้าใจได้ไม่ดี Loeb กล่าว
นอกจากนี้รูปร่างของขอบฟ้าเหตุการณ์สามารถเปิดเผยได้ว่าหลุมดำกำลังหมุนหรือไม่ฟิโอน่าแฮร์ริสันจากสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียผู้วิจัยหลักของการศึกษาหลุมดำของนาซ่ากล่าว อาร์เรย์กล้องโทรทรรศน์สเปกโทรสโกนิวเคลียร์ (NuSTAR) ภารกิจ
“ เราได้สรุปการหมุนหลุมดำทางอ้อม” แฮร์ริสันซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของทีม EHT บอกกับ Space.com ภาพถ่าย EHT ให้ "การทดสอบโดยตรงซึ่งน่าตื่นเต้นมาก" เธอกล่าวเสริม
ข้อมูลของ EHT เปิดเผยว่าหลุมดำ M87 หมุนตามเข็มนาฬิกาสมาชิกทีมกล่าวในวันนี้
โครงการควรแสดงให้เห็นว่าสสารกระจายไปรอบ ๆ หลุมดำได้อย่างไรและการสำรวจ EHT ในที่สุดก็สามารถสอนนักดาราศาสตร์ได้อย่างมากมายว่าหลุมดำมวลมหาศาลก่อรูปร่างวิวัฒนาการของกาแลคซีเจ้าภาพในช่วงเวลาที่ยาวนานได้อย่างไร
ผลลัพธ์ของ EHT นั้นสอดคล้องกันกับของ เครื่องวัดระยะเลเซอร์ (Laser Interferometer Gravityational-Observatory) (LIGO) ซึ่งตรวจพบระลอกคลื่นอวกาศที่เกิดจากการควบรวมที่เกี่ยวข้องกับหลุมดำเพียงไม่กี่โหลมีมวลมากกว่าดวงอาทิตย์
“ แม้จะมีปัจจัยหลายพันล้านที่แตกต่างกันไป แต่หลุมดำที่รู้จักนั้นมีความสอดคล้องกับคำอธิบายเดียว” Broderick กล่าวในวันนี้ "หลุมดำทั้งใหญ่และเล็กนั้นคล้ายคลึงกันในวิธีการสำคัญสิ่งที่เราเรียนรู้จาก [ประเภท] จำเป็นต้องนำไปใช้กับอีกแห่งหนึ่ง"
และในกรณีที่คุณสงสัยเกี่ยวกับราศีธนู A *: ทีม EHT หวังที่จะได้รับภาพของหลุมดำมวลมหาศาลนั้นในไม่ช้า Doeleman กล่าวในวันนี้ นักวิจัยมองที่ M87 ก่อนและมันง่ายกว่าที่จะแก้ปัญหามากกว่าราศีธนู A * เพราะมันผันแปรน้อยกว่าช่วงเวลาสั้น ๆ เขาอธิบาย
มุมมองใหม่หรือไม่?
จากนั้นก็มีการดึงดูดความสนใจที่กว้างขึ้นของภาพที่เพิ่งเปิดตัวใหม่ - มันพูดกับพวกเราที่ไม่ใช่นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้อย่างไร
การมีส่วนร่วมในเวทีนี้อาจมีความสำคัญสมาชิกในทีม EHT และนักวิทยาศาสตร์ภายนอกกล่าว ภาพถ่ายสามารถเปลี่ยนวิธีที่เราคิดเกี่ยวกับตัวเราและสถานที่ของเราในจักรวาล Marrone ตั้งข้อสังเกตโดยอ้างถึงภาพถ่าย "Earthrise" ที่มีชื่อเสียงที่ถ่ายโดย Apollo 8 นักบินอวกาศ Bill Anders ในเดือนธันวาคม พ.ศ. 2511 รูปภาพนี้ซึ่งทำให้มวลของโลกของเรา เป็นด่านหน้าโดดเดี่ยวของชีวิตในทะเลแห่งความมืดอันไร้ขอบเขต - ได้รับการยอมรับอย่างกว้างขวางว่าช่วยกระตุ้นการเคลื่อนไหวด้านสิ่งแวดล้อม
การได้เห็นหลุมดำในชีวิตจริง - หรือภาพเงาของมัน - "เป็นเรื่องของนิยายวิทยาศาสตร์" แฮร์ริสันกล่าว และเราได้เห็นรูปแรกของโปรเจ็กต์เธอเพิ่ม: "พวกเขาจะดีขึ้นกว่านี้"
- นักดาราศาสตร์เข้าสู่หลุมดำเป็นครั้งแรกด้วยกล้องโทรทรรศน์ขอบฟ้าเหตุการณ์
- หลุมดำขนาดใหญ่นี้หมุนตัวเร็วครึ่งหนึ่งของความเร็วแสง!
- 8 Mysteries ดาราศาสตร์ยุ่งเหยิง
หนังสือของ Mike Wall เกี่ยวกับการค้นหาชีวิตมนุษย์ต่างดาว "ข้างนอกนั้น"(Grand Central Publishing, 2018; ฉบับนี้สามารถ Karl Tate) กำลังออกแล้ว ติดตามเขาบน Twitter @michaeldwall. ติดตามเราบน Twitter @Spacedotcom หรือ Facebook.
