Detaliile interesante despre fotografierea unei găuri negre

Mi se pare o reușită istorică fotografierea (să-i zicem așa) unei găuri negre, pentru prima oară, imaginile fiind făcute publice ieri. Nu știu dacă v-ați gândit vreodată că, până acum, nimeni nu văzuse cu adevărat o gaură neagră, toate imaginile din filme și documentare fiind de fapt bazate pe simulări despre cum cred cercetătorii că arată un astfel de fenomen cosmic. Acum au confirmarea vizuală că le-au simulat bine.

De fapt, după cum puteți vedea peste câteva paragrafe, le-au simulat chiar perfect. Și mai mișto mi se pare modul în care au ajuns la aceste imagini.

De “fotografiere” s-a ocupat un ansamblu de telescoape numit Event Horizon Telescope, EHT pe scurt. Un singur telescop n-ar fi putut surprinde imaginea găurii negre din centrul galaxiei M87, așa că EHT folosește o rețea de telescoape din lume, inclusiv unul în Antarctica. Prin combinarea citirilor de la aceste telescoape s-a obținut un rezultat similar cu utilizarea unui singur telescop cu diametru foarte mare, peste posibilitățile noastre de construcție.

Fotografiile, apropo, au fost făcute în 2017, acum fix doi ani, mai exact în nopțile de 5, 6, 10 și 11 aprilie 2017. De ce a durat doi ani ca să vedem o imagine? Un cercetător spune că fiecare noapte a generat peste 1 petabyte de date (1000 TB) și că transferul tuturor informațiilor într-un punct comun pentru analiză a durat ceva timp. A fost mai simplu să trimită hard-disk-urile prin curier decât să folosească Internetul, iar datele de la observatorul din Antarctica au plecat de acolo abia în decembrie 2017, când temperatura a crescut și un avion a putut decola.

Odată strânse informațiile, acestea au fost interpretate. Telescopul respectiv nu-i un aparat foto, ci înregistrează în diverse frecvențe și moduri. Datele raw trebuie transformate într-o imagine normală. Cea mai bună analogie care-mi vine în minte este cu a încerca să stabilești care ar trebui să fie luminozitatea sau contrastul corect într-o fotografie, fără să fi văzut niciodată cu ochii tăi scena originală; o fi fost fotografiată noaptea, ca să fie în beznă, sau ziua, ca să fie luminoasă? Cum sunt culorile în fiecare caz?

Am citit documentul distribuit de cercetători alături de imaginea ce-a făcut înconjurul lumii. Zice acolo că există mai mulți algoritmi de interpretare a datelor, au ales câțiva, au lucrat în mai multe echipe ce n-au vorbit între ele pentru a nu se influența în privința modului în care trebuie interpretate datele, și fiecare a propus o “soluție”. Pe baza acestora, au generat un algoritm de interpretare a datelor și acel algoritm a produs câteva mii de imagini.

La final, au făcut publice patru imagini, câte una din fiecare zi de observație.

Spuneam că aveau și o simulare a acelei găuri negre, bazat pe alte tipuri de observații. Puteți vedea mai jos cât de asemănătoare sunt imaginile reale cu simulările făcute a priori.

În imagine, apropo, se vede discul de acreție al găurii negre. Orice intră în gaura neagră, inclusiv lumina, nu mai iese și deci nu poate fi observat vizual. Există însă materie care se apropie de gaura neagră la un unghi ce o face să intre “pe orbita” găurii, unde gravitația acesteia și câmpurile magnetice intense transformă totul într-un jet circular de plasmă.

Neregularitatea discului apare din mișcarea vârtejurilor de plasmă, cauzate de rotația găurii negre, și de felul în care propagarea luminii este afectată de gravitația puternică a zonei. Dacă telescopul ar avea o rezoluție mai bună, probabil imaginile ar arăta și mai aproape de simulările oficiale.

EHT a studiat în ultimii ani două găuri negre: prima este cea din imagine, aflată în centrul galaxiei M87; a doua este cea din centrul galaxiei noastre, numită Săgetător A pentru că se află în constelația Săgetătorului.

Diferențele sunt uriașe. M87 este o galaxiei foarte mare față de a noastră, având același diametru, dar formă sferică (a noastră este plată) și deci mult mai multe obiecte stelare. Se află la 53 de milioane de ani-lumină de Pământ, iar gaura neagră fotografiată are o masă de 6,5 miliarde de ori mai mare decât Soarele. Miliarde!

Galaxia M87 mai are o ciudățenie: un jet de plasmă iese cu viteze relativistice din centrul ei și părăsește galaxia, fiind observat până la o distanță 5.000 de ani-lumină; practic, M87 arată ca o acadea.

Galaxia noastră, în schimb, are în centru o gaură neagră de doar 4,3 milioane de ori mai grea decât Soarele, aflată la 22.000 de ani-lumină. Este mai aproape, dar de mai mult de o mie de ori mai mică decât cea din M87, ceea ce s-ar putea să o facă mai greu de observat. Cândva probabil vor apărea și imaginile cu această gaură neagră.

Încă un detaliu mișto: EHT a avut două obiective. Primul a fost să fotografieze o gaură neagră, al doilea să determine dacă teoria generală a relativității, enunțată de Einstein, trebuie corectată pe baza observațiilor reale ale unei găuri negre.

Fotografierea a făcut-o. Din analiza imaginii, s-a dovedit că teoria generală a relativității nu trebuie modificată, forma găurii negre, distanța discului de acreție și alți parametri fiind cei așteptați conform teoriei lui Einstein și a celorlalți fizicieni ce au dezvoltat-o ulterior.

A fost o zi bună pentru știință.

surse: white paper inițial, space.com