Kako je bilo moguće vidjeti crnu rupu?

Os Uma

Deseti travanj 2019. je datum koji će ući u povijest. Do tada smo samo crtali i animirali crne rupe, od tog dana postoji bar jedna realna koju smo vidjeli. Kako je došlo do tog nevjerojatnog pothvata? Zašto baš sada? Zašto baš ta crna rupa? Kako se ispostavlja, cijela se priča može shvatiti kroz par lako razumljivih brojeva.

Razdvojna moć teleskopa ili radio teleskopa

Stavite palac i kažiprst blizu jedno drugom naspram svjetlije pozadine i polako ih približavajte, kao na slikama dolje.

To je fundamentalna posljedica valne prirode svjetlosti. Kada se svjetlost savija oko ruba, kao što je na primjer otvor teleskopa, sabiranje i poništavanje valova stvara višestruke slike i kao rezultat neizbježnu malu razmrljanost slike, utoliko veću ukoliko je otvor manji.

Promatrači prepoznaju to svojstvo kao razdvojnu moć teleskopa. Što je veći otvor teleskopa razmrljanost slike je manja i mogu se vidjeti sitniji detalji, na primjer tijesne dvojne zvijezde ili manji krateri na Mjesecu.

Matematički izraz za tu razdvojnu moć pružen je odnosom valne dužine na kojoj se promatra i promjerom teleskopa („razmakom između prstiju“).

Radio valovi imaju veću valnu dužinu pa na prvi pogled izgleda da radio teleskopi imaju manju razdvojnu moć od optičkih. To je zaista bio slučaj na samom početku radio astronomije. Međutim zbog te veće valne dužine površina radio teleskopa ne mora biti tako dobro izvedena kao površina zrcala optičkog teleskopa, pa je zato daleko lakše praviti velike radio teleskope.

A onda, prije više od pola stoljeća, tehnologija je dozvolila radio astronomima da izmisle fantastičnu tehniku. Kao i kod dva prsta gore, da bi se postigla velika razdvojna moć nije neophodno da radio valovi padaju na svu veliku površinu. Dovoljno je samo da dva udaljena radio teleskopa promatraju isti objekt u isto vrijeme! Kada se njihovi primljeni signali snime i posle kombiniraju u laboratoriju, kombinirani signal ima istu razdvojnu moć kao i radio teleskop čiji promjer je jednak rastojanju između dva upotrjebljena teleskopa!

To je čuvena tehnika interferometrije koju je sada, zahvaljujući napretku tehnologije, moguće razmjerno manje primijeniti i kod optičkih teleskopa.

U slučaju projekta „Horizont događaja“ (Event Horizon) astronomi su koristili radio teleskope na osam međusobno udaljenih lokacija.

Najveće međusobno rastojanje između korištenih radio teleskopa može se procijeniti na oko 10 tisuća kilometara, ili 107 metara. Svi su radili su na valnoj dužini od 1 mm ili 10-3 metara, gotovo na samoj donjoj granici radio dosega.

Neizbježna razmrljanost slike ovog radio interferometra je dakle 10-3/107 = 10-10, tako da se njime mogu vidjeti detalji koji su toliko sitni da zahvaćaju kut od samo 10-10 radijana na nebu. Drugim riječima, ovaj sustav može „vidjeti“ dugme na Mjesecu!

Lokacije radio teleskopa projekta „Horizont događaja“.
Lokacije radio teleskopa projekta „Horizont događaja“.

Crne rupe u našoj Galaksiji

Pogledajmo sada koliko su velike obližnje crne rupe. Prvi cilj ovog projekta bila je supermasivna crna rupa u središtu naše Galaksije.

Shematski prikaz naše Galaksije, gledano normalno na ravan Mliječnog puta. Položaj Sunca i Sunčevog sustava je ukazan strelicom. Druga imena su oznake stvarnih spiralnih grana, imenovane po latinskim imenima sazviježđa u čijem smjeru na nebu su te grane identificirane gledajući sa Zemlje. Središnja supermasivna crna rupa se vidi u smjeru sazviježđa Strijelac (Sagittarius).

Astronomi su mogli već više od dva desetljeća pratiti kretanja zvijezda koje su u bliskoj orbiti oko ove crne rupe i da po tome procijene njenu masu na oko 4 milijuna mase Sunca. Teorija nam kaže da crna rupa mase Sunca ima promjer od 6 km, a da crne rupe veće mase imaju proporcionalno veći promjer. Dakle promjer ove naše crne rupe je oko 6 x 4 = 24 milijuna kilometara!

Izgleda mnogo, pa je zgodno podsjetiti se da je to ni polovina rastojanja između Sunca i njemu najbližeg planeta Merkura, a da taj prostor ovdje sadrži masu ne jednog nego četiri milijuna Sunca! To je fantastično predskazanje teorije crnih rupa.

Kako se vidi sa slike, naše rastojanje do centra Galaksije, dakle do ove crne rupe, je nešto manje od 30 tisuća svjetlosnih godina, a pošto jedna svjetlosna godina ima tek malo manje od 1013 kilometara, to rastojanje je dakle oko 3×104 x 1013 = 3×1017 kilometara.

Ako sada podijelimo promjer središnje crne rupe sa ovim rastojanjem dobivamo da gledano sa Zemlje  supermasivna crna rupa u centru naše Galaksije zahvaća fantastično mali kut na nebu od samo 24×106/ 3×1017 = 8 x 10-11, što je približno 10-10 radijana.

Koga zanima može izračunati točnije, ali i ovom procjenom se vidi da je kutni promjer supermasivne crne rupe naše Galaksije na samoj granici razdvojne moći projekta „Horizont događaja“, pa su njihovi radio teleskopi nekoliko godina zato pažljivo pratili ovaj objekt. Za sada još nema vijesti ili najave novih rezultata ali to je samo pitanje vremena!

Pored ove središnje, supermasivne crne rupe koja je bez sumnje nastala na početku procesa stvaranja naše Galaksije, očekuje se da je tu i veliki broj crnih rupa zvjezdane mase, od bar 3 pa do možda 50 masa Sunca, koje su nastale kao ostatak supernova eksplozija na kraju života masivnih zvijezda u klasi super giganta.  Takva će na primjer biti sudbina Betelgeusea, Rigela, ili Deneba.

Procjena je da naša Galaksija sadrži i do oko 100 milijuna takvih crnih rupa od kojih je za sada identificirano tek dvanaestak! One su sve po nekoliko puta bliže od središta naše Galaksije, ali su im mase pa prema tome i promjeri od 100 tisuća do milijun puta manji od promjera središnje supermasivne crne rupe. Zato ni jedna crna rupa koja je nastala eksplozijom supernove u našoj Galaksiji nema dovoljno veliki kutni promjer da bi je mogli vidjeti kombinirani radio teleskopi projekta „Horizont događaja.“ Da bi ih vidjeli trebat će nam radio interferometar između Zemlje i recimo Neptuna!

Dakle u našoj Galaksiji imamo realnu šansu vidjeti samo središnju supermasivnu crnu rupu. Ako želimo vidjeti još neku, to može biti samo još masivnija supermasivna crna rupa u središtu neke galaksije koja nije tako daleko…

Izvor: Astronomija.org

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s